Lý thuyết Liên kết cộng hóa trị – Hóa 10 Chân trời sáng tạo

Lý thuyết Hóa học 10 Bài 10: Liên kết cộng hóa trị

Bài giảng Hóa học 10 Bài 10: Liên kết cộng hóa trị 

A. Lý thuyết Liên kết cộng hóa trị

I. Sự hình thành liên kết cộng hóa trị

1. Sự hình thành liên kết cộng hóa trị

- Liên kết cộng hóa trị là liên kết được hình thành giữa hai nguyên tử bằng một hay nhiều cặp electron chung.

- Liên kết cộng hóa trị được hình thành giữa các nguyên tử của cùng một nguyên tố hoặc giữa các nguyên tử của các nguyên tố không khác nhau nhiều về độ âm điện.

Ví dụ 1: Sự hình thành liên kết cộng hóa trị trong phân tử hydrogen chloride

+ Nguyên tử H có 1 electron ở lớp ngoài cùng, nguyên tử Cl có 7 electron ở lớp ngoài cùng. Để đạt được cấu hình electron của khí hiếm gần nhất, mỗi nguyên tử này đều cần thêm 1 electron. Vì vậy, mỗi nguyên tử H và Cl cùng góp 1 electron để tạo nên 1 cặp electron chung cho cả 2 nguyên tử.

+ Cặp electron chung giữa 2 nguyên tử H và Cl được biểu diễn bằng 1 gạch nối “–”, đó là liên kết đơn. Do đó, liên kết trong phân tử HCl còn được biểu diễn là H – Cl.

Ví dụ 2: Sự hình thành liên kết cộng hóa trị trong phân tử oxygen (O₂)

Nguyên tử oxygen (O) có cấu hình electron là 1s²2s²2p⁴. Để đạt được cấu hình của khí hiếm gần nhất, mỗi nguyên tử O đều cần thêm 1 electron. Vì vậy, mỗi nguyên tử O cùng góp 2 electron để tạo nên 2 cặp electron dùng chung cho cả hai nguyên tử.

+ Giữa hai nguyên tử oxygen trong phân tử O₂ có hai cặp electron chung, được biểu diễn bằng hai gạch nối “=”, đó là liên kết đôi. Do đó liên kết trong phân tử O₂ được biểu diễn là O=O.

Ví dụ 3: Sự hình thành liên kết cộng hóa trị trong phân tử nitrogen.

+ Mỗi nguyên tử N có 5 electron ở lớp ngoài cùng. Để đạt được cấu hình electron của khí hiếm gần nhất, mỗi nguyên tử này đều cần thêm 3 electron. Vì vậy, mỗi nguyên tử N cùng góp 3 electron để tạo nên 3 cặp electron chung cho cả 2 nguyên tử.

+ Ba cặp electron chung giữa 2 nguyên tử N được biểu diễn bằng ba gạch nối “≡”, đó là liên kết ba. Do đó, liên kết trong phân tử N₂ còn được biểu diễn là N ≡ N.

Chú ý:

+ Các công thức H – Cl; O = O; N ≡ N gọi là công thức cấu tạo của HCl; O₂; N₂.

+ Liên kết đơn là liên kết được tạo bởi 1 cặp electron dùng chung giữa hai nguyên tử, biểu diễn bằng một gạch nối “–”

+ Liên kết đôi là liên kết được tạo bởi 2 cặp electron dùng chung giữa hai nguyên tử, biểu diễn bằng hai gạch nối “=”

+ Liên kết ba là liên kết được tạo bởi 3 cặp electron dùng chung giữa hai nguyên tử, biểu diễn bằng ba gạch nối “≡”

2. Tìm hiểu cách viết công thức Lewis

- Công thức Lewis biểu diễn sự hình thành liên kết hóa học giữa các nguyên tử trong một phân tử.

- Công thức Lewis của một phân tử được xây dựng từ công thức electron của phân tử, trong đó mỗi cặp electron chung giữa hai nguyên tử tham gia liên kết được thay bằng một gạch nối “–”.

II. Liên kết cho - nhận

- 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.

- Nguyên tử “cho” là nguyên tử đóng góp cặp electron chung, nguyên tử đó phải còn cặp electron chưa liên kết.

- Nguyên tử “nhận” là nguyên tử không đóng góp electron, nguyên tử đó phải còn orbital trống, không chứa electron.

- Để biễu diễn liên kết cho - nhận, một mũi tên được hướng từ nguyên tử cho sang nguyên tử nhận để phân biệt với các liên kết còn lại.

Ví dụ: Sự tạo thành liên kết cho - nhận trong ion NH₄⁺

+ Trong phân tử NH₃, nguyên tử N còn 1 cặp electron chưa tham gia liên kết, ion H⁺ có orbital trống, không chứa electron. Khi cho NH₃ kết hợp với ion H⁺, nguyên tử N sử dụng một cặp electron chưa liên kết làm cặp electron chung với ion H⁺ tạo thành ion NH₄⁺.

+ Nguyên tử N đóng góp cặp electron chung nên là nguyên tử cho.

+ Ion H⁺ không đóng góp electron, đóng vai trò nhận electron.

III. Phân biệt các loại liên kết dựa theo độ âm điện

1. Phân biệt liên kết cộng hóa trị phân cực và không phân cực

- Liên kết cộng hóa trị không phân cực là liên kết cộng hóa trị trong đó cặp electron chung không lệch về phía nguyên tử nào.

Ví dụ: Liên kết cộng hóa trị trong các phân tử H₂, Br₂ là liên kết cộng hóa trị không phân cực.

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

Ví dụ: Liên kết cộng hóa trị trong các phân tử HBr, H₂O là liên kết cộng hóa trị phân cực.

2. Phân biệt loại liên kết trong phân tử dựa trên giá trị hiệu độ âm điện

- Có thể dựa vào hiệu độ âm điện (∆χ) giữa hai nguyên tử tham gia liên kết để dự đoán loại liên kết giữa chúng.

Ví dụ:

+ Trong phân tử MgCl₂

⇒ Liên kết Mg-Cl trong phân tử MgCl₂ là liên kết ion.

+ Trong phân tử CO₂

⇒ Liên kết C=O trong phân tử CO₂ là liên kết cộng hóa trị phân cực.

+ Trong phân tử C₂H₄

⇒ Liên kết C-H trong phân tử C₂H₄ là liên kết cộng hóa trị không phân cực.

IV. Sự hình thành liên kết ?, ? và năng lượng liên kết

1. Tìm hiểu sự hình thành liên kết ? và liên kết ?

- Liên kết σ là loại 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.

Ví dụ:

+ Sự xen phủ trục giữa 2 AO 1s của hai nguyên tử hydrogen hình thành liên kết σ trong phân tử H₂.

+ Sự xen phủ giữa AO 1s của nguyên tử H và AO 2p của nguyên tử F hình thành liên kết σ trong phân tử HF.

+ Sự xen phủ giữa hai AO 2p của hai nguyên tử fluorine hình thành liên kết σ trong phân tử fluorine.

- Liên kết π 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.

Ví dụ:

Sự xen phủ các AO hình thành liên kết σ và liên kết π trong phân tử oxygen.

Chú ý:

- Liên kết đơn gồm 1 liên kết σ.

- Liên kết đôi gồm 1 liên kết σ và 1 liên kết π.

- Liên kết ba gồm 1 liên kết σ và hai liên kết π.

- Liên kết σ bền vững hơn liên kết π.

2. Tìm hiểu khái niệm năng lượng liên kết (E_b)

- Năng lượng liên kết của một liên kết hóa học là năng lượng cần thiết để phá vỡ 1 mol liên kết đó ở thể khí, tạo thành các nguyên tử ở thể khí.

- Năng lượng liên kết đặc trưng cho độ bền liên kết. Năng lượng liên kết càng lớn thì liên kết càng bền và ngược lại.

Ví dụ:

N₂(g) → 2N(g)      E_b = 945 kJ/ mol

Ta nói năng lượng liên kết trong phân ử N₂ là 945 kJ/ mol. Điều này có nghĩa cần cung cấp 945 kJ để phá vỡ 1 mol khí N₂ thành các nguyên tử ở thể khí.

- Đối với các phân tử nhiều nguyên tử, tổng năng lượng liên kết trong phân tử bằng năng lượng cần cung cấp để phá vỡ hoàn toàn 1 mol phân tử đó ở thể khí thành các nguyên tử ở thể khí.

Ví dụ:

Tổng năng lượng liên kết trong phân tử CH₄ là 1660 kJ/ mol.

CH_{4 (g)} → C_(g) + 4H_(g)       E_b = 1660 kJ/ mol

Do đó, năng lượng liên kết trung bình của một liên kết C – H là:

Chú ý: Nhận biết phân tử phân cực và phân tử không phân cực:

+ Phân tử phân cực là phân tử có tổng tất cả moment lưỡng cực trong phân tử khác không. Các phân tử phân cực thường tan tốt trong nước và các dung môi phân cực khác.

+ Phân tử không phân cực là phân tử có tổng tất cả các moment lưỡng cực trong phân tử bằng không. Phân tử không phân cực thường hòa tan tốt trong các dung môi không phân cực.

B. Trắc nghiệm Liên kết cộng hóa trị

Câu 1. Liên kết giữa hai nguyên tử được hình thành bởi một cặp electron chung được gọi là

A. liên kết bội

B. liên kết đơn

C. liên kết đôi

D. liên kết ba

Câu 2. Dựa vào số cặp electron chung, liên kết cộng hóa trị được chia thành mấy loại?

A. 2 loại: liên kết σ và liên kết π

B. 2 loại: liên kết cộng hóa trị không phân cực và liên kết cộng hóa trị phân cực

C. 3 loại: liên kết đơn, liên kết đôi và liên kết ba

D. 2 loại: liên kết đơn và liên kết đôi

Câu 3. Liên kết cộng hóa trị được chia thành liên kết cộng hóa trị không phân cực và phân cực dựa vào

A. số cặp electron chung

B. sự xen phủ các orbital

C. vị trí của các cặp electron chung

D. vị trí của các electron hóa trị riêng

Câu 4. Liên kết cộng hóa trị là liên kết hình thành giữa hai nguyên tử bằng

A. lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu

B. một cặp electron chung

C. một hay nhiều cặp electron chung

D. các electron hóa trị riêng

Câu 5. Trong phân tử N₂, mỗi nguyên tử N đã góp 3 electron để tạo cặp electron chung. Nhờ đó mỗi nguyên tử N đã đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm

A. Xe

B. Ne

C. Ar

D. Kr

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: B

N (Z = 7): 1s²2s²2p³ có 5 electron lớp ngoài cùng ⇒ mỗi nguyên tử N góp 3 electron để đạt cấu hình electron lớp ngoài cùng bền vững của khí hiếm gần nhất là Ne.

Câu 6. Cho công thức Lewis của phân tử NH₃ dưới đây. Số electron dùng chung của N là

A. 2 electron dùng chung

B. 3 electron dùng chung

C. 6 electron dùng chung

D. 5 electron dùng chung

Câu 7. Công thức biểu diễn cấu tạo nguyên tử qua các liên kết và các electron hóa trị riêng là

A. công thức phân tử

B. công thức electron

C. công thức Lewis

D. công thức đơn giản nhất

Câu 8. Trong một phân tử CO₂ có số cặp electron chung là

A. 1

B. 2

C. 3

D. 4

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: D

O (Z = 8): [He]2s²2p⁴ ⇒ có 6 electron lớp ngoài cùng ⇒ xu hướng nhận 2 electron để đạt cấu hình electron bền vững ⇒ góp 2 electron.

C (Z = 6): [He]2s²2p² ⇒ có 4 electron lớp ngoài cùng ⇒ xu hướng nhận 4 electron để đạt cấu hình electron bền vững ⇒ góp 4 electron tạo 4 cặp electron dùng chung với O.

Sự hình thành liên kết cộng hóa trị trong phân tử CO2:

Vậy trong một phân tử CO₂ có 4 cặp electron chung.

Câu 9. Công thức electron của phân tử H₂O là

A. 

B. 

C. 

D. 

Câu 10. Liên kết trong phân tử nào dưới đây là liên kết đôi?

A. NH₃

B. HCl

C. O₂

D. N₂

Xem thêm tóm tắt lý thuyết Hóa học 10 sách Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 11: Liên kết hydrogen và tương tác van der waals

Lý thuyết Bài 12: Phản ứng oxi hóa – khử và ứng dụng trong cuộc sống

Lý thuyết Bài 13: Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

Lý thuyết Bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

Lý thuyết Bài 15: Phương trình tốc độ phản ứng và hằng số tốc độ phản ứng