Liên kết hóa học là một trong những khái niệm quan trọng trong hóa học. Quyết định cấu trúc và tính chất của các chất. Hiểu rõ về liên kết hóa học giúp chúng ta lý giải cách các nguyên tử liên kết với nhau từ đó tạo thành phân tử và hợp chất.
1. Liên kết hóa học là gì
Liên kết hóa học là lực tương tác giữa các nguyên tử trong phân tử hoặc tinh thể, giúp chúng gắn kết với nhau rồi tạo thành những cấu trúc bền vững hơn.
Các nguyên tử liên kết với nhau nhằm đạt được cấu hình electron bền vững giống như khí hiếm thường là 8 electron lớp ngoài cùng, gọi là quy tắc bát tử.
2. Liên kết hóa học giữa các ion được gọi là gì
Liên kết hóa học giữa các ion được gọi là liên kết ion. Đây là loại liên kết được hình thành giữa các nguyên tử có độ âm điện chênh lệch lớn, thường là giữa kim loại và phi kim.
Ví dụ: Sự hình thành NaCl muối ăn
- Na (Natri) có khuynh hướng nhường 1 electron trở thành ion Na+.
- Cl (Clo) có khuynh hướng nhận 1 electron trở thành ion Cl-.
- Na+ và Cl- hút nhau bằng lực tĩnh điện, tạo thành liên kết ion.
3. Sự hình thành mối liên kết hóa học đặc hiệu
Quá trình hình thành liên kết hóa học phụ thuộc vào sự sắp xếp electron của nguyên tử. Có ba cách chính hình thành liên kết
- Chuyển electron: Dẫn đến liên kết ion.
- Chia sẻ electron: Dẫn đến liên kết cộng hóa trị.
- Tạo ra lực hút giữa các ion hoặc phân tử: Dẫn đến liên kết kim loại và lực liên kết yếu như liên kết hidro, lực Van der Waals.
4. Các loại liên kết hóa học
Có ba loại liên kết hóa học chính
4.1 Liên kết ion
- Hình thành giữa kim loại và phi kim.
- Xảy ra khi một nguyên tử nhường electron và nguyên tử khác nhận electron.
- Ví dụ: NaCl, CaO.
4.2 Liên kết cộng hóa trị
- Hình thành khi hai nguyên tử phi kim cùng chia sẻ electron.
- Có thể là liên kết đơn, đôi hoặc ba tùy thuộc vào số electron được chia sẻ.
- Ví dụ: H2O, CO2, CH4.
4.3 Liên kết kim loại
- Hình thành giữa các nguyên tử kim loại, trong đó các electron tự do di chuyển trong mạng tinh thể kim loại.
- Giúp kim loại có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt.
- Ví dụ: Cu, Fe, Al.
Ngoài ra, còn có liên kết hidro và lực Van der Waals, là những liên kết yếu nhưng quan trọng trong sinh học và hóa học vật lý.
5. Mức độ phân cực của liên kết hóa học
Sự phân cực của liên kết hóa học phụ thuộc vào độ âm điện của các nguyên tử tham gia liên kết
- Liên kết ion: Có độ phân cực rất cao do sự chênh lệch lớn về độ âm điện.
- Liên kết cộng hóa trị phân cực: Khi hai nguyên tử có độ âm điện khác nhau, cặp electron liên kết bị kéo về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn. Ví dụ: H2O, NH3.
- Liên kết cộng hóa trị không phân cực: Khi hai nguyên tử có độ âm điện bằng nhau hoặc gần bằng nhau, cặp electron liên kết được chia sẻ đều. Ví dụ: O2, N2, CH4.
Quy tắc chung
- Chênh lệch độ âm điện > 1.7 → Liên kết ion.
- Chênh lệch độ âm điện 0.4 – 1.7 → Liên kết cộng hóa trị phân cực.
- Chênh lệch độ âm điện < 0.4 → Liên kết cộng hóa trị không phân cực.
6. Sơ đồ tư duy liên kết hóa học
Bạn có thể hình dung sơ đồ tư duy liên kết hóa học như sau
Liên kết hóa học
├── Liên kết ion
│ ├── Hình thành giữa kim loại và phi kim
│ ├── Chuyển electron từ kim loại sang phi kim
│ └── Ví dụ NaCl, CaO
│
├── Liên kết cộng hóa trị
│ ├── Hình thành giữa hai phi kim
│ ├── Chia sẻ electron
│ ├── Không phân cực (O2, N2)
│ ├── Phân cực (H2O, NH3)
│ └── Ví dụ CO2, CH4
│
└── Liên kết kim loại
├── Hình thành giữa các nguyên tử kim loại
├── Có “biển electron tự do”
├── Giúp kim loại dẫn điện, dẫn nhiệt
└── Ví dụ Cu, Fe, Al
7. Bài tập liên kết hóa học có lời giải
Bài tập 1
Xác định loại liên kết trong các hợp chất sau NaCl, H2O, O2, Fe.
Lời giải
- NaCl: Liên kết ion (Na nhường electron cho Cl).
- H2O: Liên kết cộng hóa trị phân cực (do chênh lệch độ âm điện giữa H và O).
- O2: Liên kết cộng hóa trị không phân cực (hai nguyên tử O có độ âm điện bằng nhau).
- Fe: Liên kết kim loại.
Bài tập 2
Dựa vào độ âm điện, hãy dự đoán loại liên kết trong hợp chất HF (độ âm điện H = 2.2, F = 3.98).
Lời giải
- Chênh lệch độ âm điện 3.98 – 2.2 = 1.78.
- Vì 1.78 nằm trong khoảng 0.4 – 1.7, nên đây là liên kết cộng hóa trị phân cực.
Bài tập 3
So sánh mức độ phân cực của hai liên kết HCl và HBr (độ âm điện: Cl = 3.16, Br = 2.96, H = 2.2).
Lời giải
- Chênh lệch độ âm điện của HCl 3.16 – 2.2 = 0.96.
- Chênh lệch độ âm điện của HBr 2.96 – 2.2 = 0.76.
- Vì 0.96 > 0.76, liên kết HCl có độ phân cực lớn hơn liên kết HBr.
Liên kết hóa học đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các chất hóa học xung quanh chúng ta. Hiểu rõ về liên kết ion, liên kết cộng hóa trị và liên kết kim loại giúp giải thích được nhiều hiện tượng trong hóa học cũng như trong đời sống thực tiễn.