Phân tử và liên kết hóa học – Bài 3

Phân tử và liên kết hóa học – Bài 3

Trong tự nhiên, nguyên tử của các nguyên tố tổn tại chủ yếu dưới dạng phân tử hoặc tinh thể [trừ khí hiếm tồn tại ở dạng nguyên tử tự do (phân tử đơn nguyên tử)], nghĩa là có sự kết hợp các nguyên tử lại với nhau, sự kết hợp này gọi là liên kết hoá học, sự liên kết giữa các nguyên tử tạo thành phân tử hay tinh thể được giải thích bằng sự giảm năng lượng khi chuyển các nguyên tử riêng rẽ thành phân tử hay tinh thể.

Khi có sự chuyển nguyên tử riêng rẽ thành phân tử hay tinh thể tức là có liên kết hoá học được hình thành, thì nguyên tử có xu hướng đạt tới cấu hình bền vững của khí hiếm.

Ta đã biết, các khí hiếm hoạt động hoá học rất kém, trong tự nhiên chúng tồn tại dưới dạng nguyên tử riêng rẽ, các nguyên tử khí hiếm đều có 8 electron ở lớp ngoài cùng (trừ He chỉ có 2 electron). Như vậy, Gấu hình với 8 electron ở lớp ngoài cùng (hoặc 2 electron với He) là cẩu hình bền vtfrig.

nguyen-to-hoa-hoc

Theo quy tắc bát tử thì các nguyên tử của các nguyên tố có khuynh hướng liên kết với những nguyên tử khác để đạt Gấu hình bền vững của khí hiếm. Quy tắc nàý có thể giải thích định tính sự hình thành các lọại liên kết trong phân tử, đặc biệt là cách viết công thức cấu tạọ của các hợp chất thông thường. Để đạt đến cấu hình bền vững của khí hiếm, khi hình thành phân tử các nguyên tử thường có hai xu hướng :

- Nguyên tử có thể nhường hoặc thu thêm electron, khi nhường hoặc thu electron nó sẽ trở thành phần tử mang điện tích dương (khi nhường electron) hoặc điện tích âm (khi thu electron). Phần tử mang điệh được tạo ra từ nguyên tử (ion đơn nguyên tử : Na+, Mg2+, CL-...), hoặc nhóm nguyên tử (ion đa ngụyên tử OH-, NH+|; ...) gọi là ion.

Khi mất electron (thường là các kim loại) tạo ra ion dương (cation), khi thu electron (thường là các phỉ kim) tạo ra ion âm (anion). Các ion mang điện tích trái dấu hút nhau bằng lực hút tính điện tạo nên liên kết ion trong phân tít. Phân tử tạo nên theo xu hướng này gọi ià phân tử ion.

Ví dụ: sự hình thành phân tử NaCL

nguyen-to-hoa-hoc

- Nguyên tử các nguyên tố có thể bỏ ra một hay nhiều electron để tạo ra một hay nhiều cặp electron dùng chung giữa hai nguyên tử liên kết với nhau để tạo thành phân tử, kiểu liên kết này được gọi là liên kết cộng hoá trị. Phân tử tạo nên theo xu hướng này gọi là phân tử cộng hoá trị.

- Nguyên tử các nguyên tố có thể bỏ ra một hay nhiều electron để tạo ra một hay nhiều cặp electron dùng chung giữa hai nguyên tử liên kết với nhau để tạo thành phân tử, kiểu liên kết này được gọi là liên kết cộng hoá trị. Phân tử tạo nên theo xu hướng này gọi là phân tử cộng hoá trị.

nguyen-to-hoa-hoc

Đôi electron có thể nằm giữa hai nguyên tử liên kết {liên kết cộng hoá trị không cực) hoặc lệch về nguyên tử của một nguyên tố {liên kết cộng hoá trị có cực). Trong một số trường hợp, cặp electron dùng chung chỉ do một nguyên tử đóng góp thì liên kết giữa hai nguyên tử là liên kết cho - nhận.

Một trong các thuyết hiện đại về liên kết hoá học cho rằng :

Nguyên nhân của sự hình thành liên kết cộng hoá trị là do sự xen phủ củá các obitan nguyên tử. Nếu vùng xen phủ giữa các obitan càng lớn, liên kết hình thành càng bền. Ngoài sự xen phủ của các obitan nguyên tử liên kết còn có sự xen phủ của các obitan lai hoá (sự lai hoá obitan nguyên tử là sự tổ hợp một số obitan trong một nguyên tử để được từng ấy obitan lai hoá giống nhạu nhưng định hướng khác nhau trong không gian, thường gặp các kiểu lai hoá sp, sp2 và sp3) của nguyên tử này với các obitan hoá trị của nguyên tử khác, tạo thành các liên kết cộng hoá trị.

Sự xen phủ trong đó trục của các obitan tham gia liên kết trừng với đường nối tâm của hai nguyên tử liên kết gọi là sự Xen phủ trục, sự xen phủ này tạo liên kết sigma, 2 nguyên tử liên kết với nhau chỉ bằng một liên kết sigma gọi là liên kết đơn.

Sự xen phủ trong đó trục của các obitan tham gia liên kết song song vói nhau và vuông góc với đường nối tâm của hai nguyên tử liên kết được gọi là sự xen phủ bên, sự xen phủ này tạo liên kết pi, 2 nguyên tử liên kết với nhau ngoài liên kết sigma có thêm các liên kết pi gọi là liên kết bội (liên kết đôi, liên kết ba).

Dựa vào giá trị hiệu độ âm điện giữa hai nguyên tử của một liên kết ta có thể biết được loại liên kết nào chiếm ưu thế:

nguyen-to-hoa-hoc

Ngoài hai loại liên kết trên, còn có loại liên kết nữa là liên kết kim loại. Liến kết kim loại là liên kết được hình thành giữa các nguyên tử và ion kim loại trong mạng tinh thể do sự tham gia của các electron tự do.

Hầu hết các kim loại ở điều kiện thường đều tồn tại dưới dạng tinh thể (trừ Hg). Trong tinh thể kim loại, ion dương và nguyên tử kim loại nằm ở những nút của mạng tinh thể, Các electron hoá trị liên kết yếu'với hạt nhân nên dễ tách khỏi nguyên tử và chuyển động tự do trong toàn bộ mạng tinh thể, lựe hút giữa các electron này Với các ion dương tạo nên liên kết kim loại.

Tinh thể tao bởi các nguyên tử nằm ở các nút của mạng gọi là tinh thể nguyên tử, cẳc nguyên tử liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị, đây là liên kết bền nên các tinh thể nguyên tử (C, Si, Ge,...) đều có độ cứng lớn, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao.

Tinh thể tạơ bởi các phân tử nằm tại các nút của mạng gọi là tinh thể phân tử (tinh thể I2, H2O, ...)> đây là liên kết yếu nên các tinh thể phân tử thường mềm, nhiệt độ nóng chảy thấp, dễ bay hơi.

Post Comment