Hiệu độ âm điện là một khái niệm quan trọng trong hóa học, giúp dự đoán loại liên kết hóa học hình thành giữa các nguyên tử. Đặc biệt, nó đóng vai trò then chốt trong việc xác định khi nào liên kết cộng hóa trị được hình thành. Bài viết này sẽ đi sâu vào mối quan hệ giữa hiệu độ âm điện và liên kết cộng hóa trị, đồng thời cung cấp các ví dụ minh họa và bài tập tự luyện để củng cố kiến thức.
1. Hiệu Độ Âm Điện Là Gì?
Độ âm điện là khả năng của một nguyên tử trong phân tử hút electron về phía nó. Hiệu độ âm điện là sự khác biệt về độ âm điện giữa hai nguyên tử liên kết với nhau. Giá trị này cho biết mức độ phân cực của liên kết, từ đó suy ra loại liên kết hóa học.
Công thức tính hiệu độ âm điện:
|Δχ| = |χ(A) – χ(B)|
Trong đó:
- Δχ: Hiệu độ âm điện giữa hai nguyên tử A và B.
- χ(A): Độ âm điện của nguyên tử A.
- χ(B): Độ âm điện của nguyên tử B.
Alt text: Công thức toán học biểu diễn cách tính hiệu độ âm điện, là giá trị tuyệt đối của hiệu giữa độ âm điện của hai nguyên tử A và B, dùng để dự đoán loại liên kết hóa học.
2. Liên Kết Cộng Hóa Trị Hình Thành Khi Nào?
Liên kết cộng hóa trị được hình thành khi hai nguyên tử chia sẻ electron để đạt được cấu hình electron bền vững. Dựa vào hiệu độ âm điện, ta có thể xác định khi nào liên kết cộng hóa trị xảy ra và mức độ phân cực của nó:
-
Hiệu độ âm điện từ 0 đến 0.4: Liên kết cộng hóa trị không cực. Trong trường hợp này, các electron được chia sẻ gần như đồng đều giữa hai nguyên tử. Ví dụ: Liên kết trong phân tử H2, Cl2.
-
Hiệu độ âm điện từ 0.4 đến 1.7: Liên kết cộng hóa trị có cực. Các electron được chia sẻ không đồng đều, tạo ra sự phân cực trong liên kết. Nguyên tử có độ âm điện lớn hơn sẽ hút electron mạnh hơn, mang điện tích âm một phần (δ-), trong khi nguyên tử kia mang điện tích dương một phần (δ+). Ví dụ: Liên kết trong phân tử HCl, H2O.
Alt text: Bảng giá trị độ âm điện của các nguyên tố phổ biến như Hydro, Natri, Magie, Clo, Oxy, dùng để tính hiệu độ âm điện và xác định loại liên kết hóa học giữa chúng.
3. Liên Kết Ion và Hiệu Độ Âm Điện
Để so sánh, khi hiệu độ âm điện lớn hơn hoặc bằng 1.7, liên kết hình thành thường là liên kết ion. Trong liên kết ion, một nguyên tử nhường electron hoàn toàn cho nguyên tử kia, tạo thành các ion mang điện tích trái dấu hút nhau. Ví dụ: Liên kết trong phân tử NaCl, MgO.
Alt text: Sơ đồ minh họa sự chuyển đổi loại liên kết hóa học từ cộng hóa trị không cực (hiệu độ âm điện nhỏ) sang cộng hóa trị có cực (hiệu độ âm điện trung bình) và cuối cùng là liên kết ion (hiệu độ âm điện lớn).
4. Ví Dụ Minh Họa
Ví dụ 1: Xác định loại liên kết trong phân tử HBr, biết độ âm điện của H là 2.20 và Br là 2.96.
Δχ = |2.20 – 2.96| = 0.76
Vì 0.4 < 0.76 < 1.7, liên kết trong HBr là liên kết cộng hóa trị có cực.
Ví dụ 2: Xác định loại liên kết trong phân tử KCl, biết độ âm điện của K là 0.82 và Cl là 3.16.
Δχ = |0.82 – 3.16| = 2.34
Vì 2.34 > 1.7, liên kết trong KCl là liên kết ion.
5. Bài Tập Tự Luyện
Câu 1: Cho độ âm điện của các nguyên tử: N (3.04), H (2.20), O (3.44). Xác định loại liên kết trong phân tử NH3 và H2O.
Câu 2: Cho độ âm điện của các nguyên tử: Ca (1.00), Cl (3.16), O (3.44). So sánh độ phân cực của liên kết trong CaCl2 và CaO.
Câu 3: Dựa vào hiệu độ âm điện, sắp xếp các liên kết sau theo thứ tự tăng dần độ phân cực: C-H, O-H, F-H, N-H (cho độ âm điện của H = 2.20, C = 2.55, N = 3.04, O = 3.44, F = 3.98).
Lời giải:
Câu 1:
- NH3: Δχ(N-H) = |3.04 – 2.20| = 0.84. Liên kết cộng hóa trị có cực.
- H2O: Δχ(O-H) = |3.44 – 2.20| = 1.24. Liên kết cộng hóa trị có cực.
Câu 2:
- CaCl2: Δχ(Ca-Cl) = |1.00 – 3.16| = 2.16. Liên kết ion.
- CaO: Δχ(Ca-O) = |1.00 – 3.44| = 2.44. Liên kết ion.
Vì Δχ(CaO) > Δχ(CaCl2), liên kết trong CaO phân cực hơn.
Câu 3:
- C-H: Δχ = |2.55 – 2.20| = 0.35
- N-H: Δχ = |3.04 – 2.20| = 0.84
- O-H: Δχ = |3.44 – 2.20| = 1.24
- F-H: Δχ = |3.98 – 2.20| = 1.78
Thứ tự tăng dần độ phân cực: C-H < N-H < O-H < F-H
Alt text: Phép tính hiệu độ âm điện giữa Hydro và Clo trong phân tử HCl, kết quả là 0.96, cho thấy đây là một liên kết cộng hóa trị có cực.
Hiểu rõ về hiệu độ âm điện và khoảng giá trị tương ứng với từng loại liên kết, đặc biệt là liên kết cộng hóa trị, là nền tảng quan trọng để nắm vững các kiến thức hóa học nâng cao hơn. Việc luyện tập thường xuyên với các bài tập đa dạng sẽ giúp bạn củng cố kiến thức và áp dụng hiệu quả vào giải quyết các bài toán thực tế.
