Bài 12: Liên kết cộng hóa trị

I. Sự tạo thành liên kết cộng hóa trị

a. Sự tạo thành phân tử có liên kết đơn

- Ví dụ 1: Phân tử chlorine: Cl: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

Mỗi nguyên tử chlorine có 7 electron hóa trị. Hai nguyên tử chlorine liên kết với nhau bằng cách mỗi nguyên tử chlorine góp 1 electron, tạo thành một cặp electron dùng chung. Khi đó, trong phân tử Cl₂, mỗi nguyên tử đều có 8 electron thỏa mãn quy tắc octet

Từ công thức electron, thay một cặp electron dùng chung bằng một gạch nối thì thu được công thức Lewis

Giữa hai nguyên tử chlorine có một cặp electron dùng chung (biểu diễn bằng một gạch nối) đó là liên kết đơn

- Ví dụ 2: Phân tử hydrogen chlorine: H: 1s¹; Cl: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

Nguyên tử hydrogen liên kết với nguyên tử chlorine bằng cách mỗi nguyên tử góp 1 electron tạo thành 1 cặp electron dùng chung trong phân tử HCl. Khi đó nguyên tử hydrogen có 2 electron (cấu hình electron bền vững của nguyên tử khí hiếm He) và nguyên tử chlorine có 8 electron thỏa mãn quy tắc octet

b. Sự tạo thành phân tử có liên kết đôi

Ví dụ: Phân tử oxygen: O: 1s²2s²2p⁴

Mỗi nguyên tử oxygen có 6 electron hóa trị. Hai nguyên tử oxygen liên kết với nhau bằng cách mỗi nguyên tử đóng góp 2 electron tạo thành 2 cặp electron dùng chung. Trong phân tử O₂, mỗi nguyên tử oxygen đều có 8 electron thỏa mãn quy tắc octet

Giữa hai nguyên tử oxygen có hai cặp electron dùng chung (biểu diễn bằng hai gạch nối), đó là liên kết đôi

c. Sự tạo thành phân tử có liên kết ba

Ví dụ: Phân tử nitrogen: N: 1s²2s²2p³

Nguyên tử nitrogen có 5 electron hóa trị. Hai nguyên tử nitrogen liên kết với nhau bằng cách mỗi nguyên tử nitrogen đóng góp 3 electron tạo thành ba cặp electron dùng chung. Khi đó, trong phân tử N2, mỗi nguyên tử đều có 8 electron thỏa mãn quy tắc octet

Giữa hai nguyên tử nitrogen có ba cặp electron dùng chung (biểu diễn bằng ba gạch nối), đó là liên kết ba

d. Kết luận

- Khái niệm liên kết cộng hóa trị: Là liên kết được hình thành giữa hai nguyên tử bằng một hay nhiều cặp electron chung (là electron được coi như thuộc về đồng thời hai nguyên tử tham gia liên kết)

- Liên kết trong các phân tử Cl₂, O₂, N₂ có cặp electron dùng chung không bị hút lệch về phía nguyên tử nào được gọi là liên kết cộng hóa trị không phân cực

- Liên kết trong phân tử HCl có cặp electron dùng chung lệch về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn được gọi là liên kết cộng hóa trị phân cực

II. Độ âm điện và liên kết hóa học

III. Sự hình thành liên kết sigma, liên kết pi

a. Sự hình thành liên kết sigma \(\sigma \): là loai liên kết cộng hóa trị được hình thành do sự xen phủ trục của hai orbital. Vùng xen phủ nằm trên đường nối tâm hai nguyên tử

- Sự xen phủ s - s 

Ví dụ: Phân tử H₂ tạo thành từ 2 nguyên tử H (1s¹)

- Sự xen phủ s - p

Ví dụ: Phân tử HF tạo thành khi orbital 1s của nguyên tử H (1s¹) xen phủ với orbital 2p của nguyên tử F (2s²2p⁵) theo trục liên kết tạo liên kết cộng hóa trị giữa H và F

- Sự xen phủ p - p

Ví dụ: Phân tử Cl₂ tạo thành khi hai orbital 3p của hai nguyên tử Cl (3s²3p⁵) xen phủ theo trục liên kết của hai nguyên tử Cl

b. Sự hình thành liên kết pi \(\pi \)

- Khái niệm liên kết pi \(\pi \): là loại liên kết cộng hóa trị được hình thành do sự xen phủ bên của hai orbital. Vùng xen phủ nằm hai bên đường nối tâm hai nguyên tử

- Liên kết đơn được tạo bởi một liên kết \(\sigma \). Liên kết đôi gồm một liên kết \(\sigma \) và một liên kết. Liên kết ba gồm một liên kết \(\sigma \) và hai liên kết \(\pi \)

IV. Liên kết cho – nhận

- Khái niệm liên kết cho – nhận: Là một trường hợp đặc biệt của liên kết cộng hóa trị trong đó cặp electron chung chỉ do một nguyên tử đóng góp

- Ví dụ: Trong phân tử NH₃, lớp ngoài cùng của nguyên tử N có 5 electron, trong đó có cặp electron chưa liên kết. Ion H⁺ có orbital trống, không có electron. Khi phân tử NH₃ kết hợp với ion H⁺, nguyên tử N đóng góp cặp electron chưa liên kết để tạo liên kết với ion H⁺ tạo thành NH₄⁺. Khi đó, liên kết cho – nhận được hình thành, trong phân tử NH₃, nguyên tử N là nguyên tử cho, ion H⁺ là nguyên tử nhận. Trong ion NH₄⁺, bốn liên kết N-H hoàn toàn tương đương nhau

V. Năng lượng liên kết cộng hóa trị

- Khái niệm: Năng lượng liên kết (\({E_b}\)) là năng lượng cần thiết để phá vỡ một liên kết hóa học trong phân tử ở thể khí thành các nguyên tử ở thể khí

- Thường có đơn vị: kJ/ mol

- Năng lượng liên kết đặc trưng cho độ bền của liên kết: năng lượng liên kết càng lớn thì liên kết càng bền và phân tử càng khó bị phân hủy