Lý thuyết Hóa học 10 Bài 12 (Cánh diều): Liên kết hydrogen và tương tác Van Der Waals

Lý thuyết Hóa học 10 Bài 12: Liên kết hydrogen và tương tác Van Der Waals

A. Lý thuyết Liên kết hydrogen và tương tác Van Der Waals

I. Liên kết hydrogen

1. Khái niệm

- Liên kết hydrogen là một loại liên kết yếu được hình thành giữa nguyên tử H (đã liên kết với một nguyên tử có độ âm điện lớn) với một nguyên tử khác (có độ âm điện lớn) còn cặp electron hóa trị riêng.

- Các nguyên tử có độ âm điện lớn thường gặp trong liên kết hydrogen là N, O, F.

- Liên kết hydrogen thường được kí hiệu là dấu ba chấm (...), rải đều từ nguyên tử H đến nguyên tử tạo liên kết hydrogen với nó.

Trong đó, X, Y là các nguyên tử N, O, F

- Liên kết hydrogen có bản chất tĩnh điện. Tương tác hút tĩnh điện giữa $H^{{\delta }^{+}}$và $Y^{{\delta }^{-}}$thể hiện bản chất của liên kết hydrogen.

Ví dụ 1: Liên kết hydrogen được tạo ra giữa hai phân tử nước được thể hiện qua hình 12.1.

Hình 12.1. Liên kết hydrogen giữa hai phân tử nước

Ở khoảng cách 177 pm, lớn hơn độ dài liên kết cộng hóa trị O – H (96pm), đã xuất hiện liên kết hydrogen.

Lưu ý: Độ dài liên kết là khoảng cách giữa hai hạt nhân của hai nguyên tử tham gia liên kết.

2. Ảnh hưởng của liên kết hydrogen tới tính chất vật lí của nước

a) Đặc điểm tập hợp

- Nhờ liên kết hydrogen, các phân tử nước có thể tập hợp với nhau, ngay cả ở thể hơi, thành một cụm phân tử tương đối bền vứng. Kích thước các cụm phân tử này thay đổi tùy theo điều kiện nhiệt độ, áp suất.

®  Đây là nguyên nhân dẫn tới các tính chất vật lí khác biệt của nước so với những chất lỏng khác. Do đặc điểm tập hợp đặc biệt này, khi làm lạnh, nước có thể hình thành bông tuyết với nhiều hình dạng khác nhau.

Hình 12.2. Một số cụm phân tử nước

b) Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi

- Tại áp suất 1atm, nước có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tương ứng là 0^oC và 100^oC, cao hơn so với nhiều chất có khối lượng phân tử lớn hơn của nước. Tính chất này là do các phân tử nước liên kết khá chặt chẽ với nhau bởi các liên kết hydrogen.

Bảng 12.1. Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của một số chất tại áp suất 1 atm

Chất	Khối lượng phân tử (amu)	Nhiệt độ nóng chảy (oC)	Nhiệt độ sôi (oC)
H2O	18	0	100
H2S	34	-82,3	-60,3
CO2	44	-57,0	-78,0

 Chú ý: Để một chất có thể nóng chảy hoặc sôi, cần phải cung cấp năng lượng để phá vỡ các liên kết giữa các phân tử và cung cấp động năng để các phân tử chuyển động. Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của chất phụ thuộc vào hai yếu tố:

(1) Khối lượng phân tử: Khối lượng phân tử càng lớn thì càng cần nhiều động năng để chuyển động nên nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi càng cao.

(2) Liên kết giữa các phân tử: Số lượng liên kết giữa các phân tử càng nhiều, lực liên kết càng mạnh thì càng cần nhiều năng lượng để phá vỡ liên kết giữa chúng. Khi đó, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của chất đó càng cao.

II. Tương tác van der Waals

Giữa các phân tử thậm chí không có liên kết hydrogen thì vẫn có tương tác với nhau, mặc dù yếu hơn. Đó là tương tác van der Waals.

1. Khái niệm

- Tương tác van der Waals là một loại liên kết yếu, hình thành do tương tác hút tĩnh điện giữa các cực trái dấu của phân tử.

Hình 12.3. Các khả năng tương tác hút tĩnh điện giữa các cực trái dấu của hai phân tử

- Liên kết cộng hóa trị có cực là nguyên nhân dẫn tới sự phân cực ở các phân tử HCl, SO₂, ...

Hình 12.4. Một số phân tử có cực (a) và biểu diễn các cực của phân tử (b)

- Mặc dù có lực liên kết rất yếu, nhưng tương tác van der Waals lại có nhiều ảnh hưởng đến thực tiễn. Ví dụ: sự bám hút của các hạt bụi lên bề mặt nhẵn, sự hấp phụ các phân tử chất màu và chất độc hại trong nước bởi than hoạt tính, ...

Lưu ý: Phân tử CO₂ không có cực, mặc dù liên kết C=O trong phân tử là liên kết có cực. Lí do bởi phân tử này có dạng thẳng, hai liên kết C=O lại có cực ngược chiều nhau nên triệt tiêu lẫn nhau khi xét cho cả phân tử

2. Ảnh hưởng của tương tác van der Waals tới tính chất vật lí của các chất

- Tương tự như liên kết hydrogen, tương tác van der Waals làm tăng nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi các chất, nhưng ở mức độ ảnh hưởng yếu hơn so với liên kết hydrogen.

B. Trắc nghiệm Liên kết hydrogen và tương tác Van Der Waals

Câu 1. Cho sự phân bố điện tích trong phân tử H₂O dưới đây. Liên kết giữa hai phân tử H₂O có thể được hình thành qua cặp nguyên tử

A. O với O

B. O với H

C. H với H

D. Cả A, B và C.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: B

Giải thích:

Liên kết giữa hai phân tử H₂O có thể được hình thành qua nguyên tử H mang điện tích dương của phân tử H₂O này với nguyên tử O mang điện tích âm của phân tử nước khác.

Vậy liên kết hình thành qua cặp nguyên tử O với H.

Câu 2. Loại liên kết yếu được hình thành giữa nguyên tử H (đã liên kết với một nguyên tử có độ âm điện lớn) với một nguyên tử khác (có độ âm điện lớn) còn cặp electron hóa trị riêng là

A. liên kết ion

B. liên kết cộng hóa trị có cực

C. liên kết cộng hóa trị không cực

D. liên kết hydrogen

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích: Liên kết hydrogen là loại liên kết yếu được hình thành giữa nguyên tử H (đã liên kết với một nguyên tử có độ âm điện lớn) với một nguyên tử khác (có độ âm điện lớn) còn cặp electron hóa trị riêng.

Câu 3. Nguyên tử H trong phân tử H₂O không tạo được liên kết hydrogen với

A. nguyên tử N trong phân tử NH₃

B. nguyên tử F trong phân tử HF

C. nguyên tử O trong phân tử H₂O

D. nguyên tử C trong phân tử CH₄

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích:

Công thức electron của các phân tử NH₃; HCl; HF; CH₄ lần lượt là:

Nguyên tử C trong phân tử CH₄ không còn cặp electron hóa trị riêng nên nguyên tử H trong phân tử H₂O không tạo được liên kết hydrogen với nguyên tử C trong phân tử CH₄.

Câu 4. Liên kết hydrogen xuất hiện giữa những phân tử cùng loại nào sau đây

A. CH₄

B. NH₃

C. H₃C – O – CH₃

D. PH₃

Hiển thị đáp án  

Đáp án: B

Giải thích:

CH₄: nguyên tử C không có cặp electron hóa trị riêng nên không xuất hiện liên kết hydrogen giữa các phân tử CH₄.

NH₃: nguyên tử N có cặp electron hóa trị riêng và nguyên tử H liên kết với nguyên tử N có độ âm điện lớn ⇒ xuất hiện liên kết hydrogen giữa các phân tử NH₃

H₃C – O – CH₃, PH₃: nguyên tử H không liên kết với nguyên tử có độ âm điện lớn nên không xuất hiện liên kết hydrogen giữa các phân tử.

Câu 5. Các nguyên tử có độ âm điện lớn thường gặp trong liên kết hydrogen là

A. N

B. O

C. F

D. Cả A, B và C

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích: Các nguyên tử có độ âm điện lớn thường gặp trong liên kết hydrogen là N, O, F.

Câu 6. Một loại liên kết rất yếu, hình thành bởi tương tác hút tĩnh điện giữa các cự trái dấu của phân tử là

A. tương tác van der waals

B. liên kết hydrogen

C. liên kết ion

D. liên kết cộng hóa trị

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích: Tương tác van der waals là một loại liên kết rất yếu, hình thành bởi tương tác hút tĩnh điện giữa các cự trái dấu của phân tử.

Câu 7. Cho các phát biểu sau:

(1) Liên kết hydrogen yếu hơn liên kết ion và liên kết cộng hóa trị.

(2) Liên kết hydrogen mạnh hơn liên kết ion và liên kết cộng hóa trị.

(3) Tương tác van der waals yếu hơn liên kết hydrogen.

(4) Tương tác van der waals mạnh hơn liên kết hydrogen.

Những phát biểu đúng là

A. (1) và (3)

B. (1) và (4)

C. (2) và (3)

D. (2) và (4)

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

Những phát biểu đúng là

(1) Liên kết hydrogen yếu hơn liên kết ion và liên kết cộng hóa trị.

(3) Tương tác van der waals yếu hơn liên kết hydrogen.

Câu 8. Liên kết hydrogen ảnh hưởng tới tính chất của nước như

A. đặc điểm tập hợp

B. nhiệt độ nóng chảy

C. nhiệt độ sôi

D. Cả A, B và C

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích: Liên kết hydrogen ảnh hưởng tới tính chất của nước như: đặc điểm tập hợp, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi.

Câu 9. Nguyên nhân dẫn tới sự phân cực của các phân tử HCl, SO₂, … là do

A. liên kết ion

B. liên kết cộng hóa trị không cực

C. liên kết cộng hóa trị có cực

D. liên kết hydrogen

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

Nguyên nhân dẫn tới sự phân cực của các phân tử HCl, SO₂, … là do liên kết cộng hóa trị có cực.

Câu 10. Phân tử nào dưới đây không có cực

A. HCl

B. CO₂

C. H₂O

D. NH₃

Hiển thị đáp án  

Đáp án: B

Giải thích:

Liên kết C = O trong phân tử CO₂ là liên kết có cực. Tuy nhiên phân tử CO₂ có cấu tạo thẳng, hai liên kết C = O lại có cực ngược chiều nhau nên triệt tiêu lẫn nhau khi xét cho cả phân tử. Do đó phân tử CO₂ không có cực.

Xem thêm tóm tắt lý thuyết Hóa học 10 sách Cánh diều hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 13: Phản ứng oxi hóa – khử

Lý thuyết Bài 14: Phản ứng hóa học và enthalpy

Lý thuyết Bài 15: Ý nghĩa và cách tính biến thiên enthalpy phản ứng hóa học

Lý thuyết Bài 16: Tốc độ phản ứng hóa học

Lý thuyết Bài 17: Nguyên tố và đơn chất halogen