I. Cơ sở lý thuyết về Sự Hình Thành Liên Kết Ion
1. Quá trình tạo ion
Liên kết ion hình thành khi các nguyên tử trao đổi electron để đạt cấu hình electron bền vững. Quá trình này thường xảy ra giữa kim loại điển hình (dễ nhường electron) và phi kim điển hình (dễ nhận electron).
- Sự hình thành cation (ion dương): Nguyên tử kim loại mất electron, tạo thành ion dương. Số electron mất đi bằng điện tích dương của ion.
Ví dụ: Natri (Na) có cấu hình electron 1s²2s²2p⁶3s¹. Để đạt cấu hình bền vững, Na nhường 1 electron:
Na → Na⁺ + 1e⁻
alt: Sơ đồ minh họa sự hình thành ion Na+ từ nguyên tử Na, chú thích rõ quá trình nhường electron và cấu hình electron.
Cấu hình electron của Na⁺: 1s²2s²2p⁶ (giống Ne).
- Sự hình thành anion (ion âm): Nguyên tử phi kim nhận electron, tạo thành ion âm. Số electron nhận vào bằng điện tích âm của ion.
Ví dụ: Clo (Cl) có cấu hình electron 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵. Để đạt cấu hình bền vững, Cl nhận 1 electron:
Cl + 1e⁻ → Cl⁻
alt: Sơ đồ minh họa sự hình thành ion Cl- từ nguyên tử Cl, chú thích rõ quá trình nhận electron và cấu hình electron.
Cấu hình electron của Cl⁻: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ (giống Ar).
Lưu ý: Ion thường có cấu hình electron tương tự khí hiếm gần nhất trong bảng tuần hoàn, đạt trạng thái bền vững.
2. Định nghĩa và quá trình hình thành liên kết ion
a) Khái niệm:
Liên kết ion là lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu. Lực hút này giữ các ion lại với nhau, tạo thành hợp chất ion.
Ví dụ: Trong NaCl, liên kết ion là lực hút giữa Na⁺ và Cl⁻.
Na⁺ + Cl⁻ → NaCl
Liên kết ion cũng có thể hình thành từ ion đa nguyên tử:
K⁺ + NO₃⁻ → KNO₃
NH₄⁺ + NO₃⁻ → NH₄NO₃
Mg²⁺ + CO₃²⁻ → MgCO₃
Hợp chất ion được tạo thành từ cation và anion.
b) Cơ chế hình thành liên kết ion:
Liên kết ion hình thành qua hai giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Hình thành ion trái dấu theo quy tắc octet.
Na → Na⁺ + 1e⁻
Cl + 1e⁻ → Cl⁻
- Giai đoạn 2: Các ion trái dấu hút nhau tạo thành hợp chất ion. Tỉ lệ ion kết hợp sao cho tổng điện tích bằng 0.
Na⁺ + Cl⁻ → NaCl
alt: Minh họa quá trình tạo thành liên kết ion trong NaCl, nhấn mạnh sự chuyển electron từ Na sang Cl và lực hút Coulomb giữa các ion.
Nhận xét: Liên kết ion thường hình thành giữa kim loại điển hình và phi kim điển hình do sự khác biệt lớn về độ âm điện.
II. Ví dụ minh họa sự hình thành liên kết ion
Ví dụ 1: Viết cấu hình electron của K⁺, Mg²⁺, F⁻, S²⁻ và so sánh với cấu hình electron của khí hiếm tương ứng.
Hướng dẫn giải:
- K (Z = 19): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹ → K⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ (giống Ar)
- Mg (Z = 12): 1s²2s²2p⁶3s² → Mg²⁺: 1s²2s²2p⁶ (giống Ne)
- F (Z = 9): 1s²2s²2p⁵ → F⁻: 1s²2s²2p⁶ (giống Ne)
- S (Z = 16): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴ → S²⁻: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ (giống Ar)
Ví dụ 2: Mô tả sự hình thành liên kết ion trong CaCl₂.
Hướng dẫn giải:
- Ca (Z = 20): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s² → Ca²⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶
- Cl (Z = 17): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵ → Cl⁻: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶
Ca → Ca²⁺ + 2e⁻
Cl + 1e⁻ → Cl⁻
Ca²⁺ + 2Cl⁻ → CaCl₂
Ví dụ 3: Mô tả sự hình thành liên kết ion trong MgO.
Hướng dẫn giải:
- Mg (Z = 12): 1s²2s²2p⁶3s² → Mg²⁺: 1s²2s²2p⁶
- O (Z = 8): 1s²2s²2p⁴ → O²⁻: 1s²2s²2p⁶
Mg → Mg²⁺ + 2e⁻
O + 2e⁻ → O²⁻
Mg²⁺ + O²⁻ → MgO
III. Bài tập vận dụng về liên kết ion
Câu 1. Liên kết ion được hình thành do:
A. Lực hút tĩnh điện giữa các ion trái dấu.
B. Lực hút tĩnh điện giữa các ion cùng dấu.
C. Sự dùng chung electron.
D. Sự cho và nhận proton.
Câu 2. Ion có cấu hình electron bền vững tương tự khí hiếm nào?
A. Khí hiếm bất kỳ.
B. Argon (Ar).
C. Neon (Ne).
D. Khí hiếm gần nhất trong bảng tuần hoàn.
Câu 3. Liên kết ion thường gặp ở:
A. Kim loại và phi kim bất kỳ.
B. Phi kim và kim loại bất kỳ.
C. Kim loại điển hình và phi kim điển hình.
D. Các phi kim.
Câu 4. Nguyên tử kim loại tạo liên kết ion bằng cách:
A. Nhường electron, tạo anion.
B. Nhường electron, tạo cation.
C. Nhận electron, tạo anion.
D. Nhận electron, tạo cation.
Câu 5. Phát biểu sai:
A. Nhường electron tạo cation, nhận electron tạo anion.
B. Điện tích ion bằng số electron nhường/nhận.
C. Hình thành liên kết, năng lượng hệ giảm.
D. Liên kết ion có trong cả đơn chất và hợp chất.
Câu 6. Hoàn thành: Li → Li⁺ + ?
A. 1e⁻
B. 2e⁻
C. 3e⁻
D. 4e⁻
Câu 7. Hoàn thành: O + 2e⁻ → ?
A. O⁻
B. O²⁻
C. O⁺
D. O²⁺
Câu 8. Al (Z = 13). Cấu hình Al³⁺:
A. 1s²2s²2p⁶3s²3p¹
B. 1s²2s²2p⁶3s²
C. 1s²2s²2p⁶
D. 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶
Câu 9. S (Z = 16). Cấu hình S²⁻:
A. 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴
B. 1s²2s²2p⁶
C. 1s²2s²2p⁶3s²
D. 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶
Câu 10. Ion đa nguyên tử là:
A. Na⁺
B. Ca²⁺
C. O²⁻
D. NH₄⁺
Câu 11. Hợp chất ion từ ion đơn nguyên tử:
A. NH₄NO₃
B. KNO₃
C. MgSO₄
D. KCl
Câu 12. Phân tử nào chứa liên kết ion?
A. SO₂
B. KCl
C. O₂
D. HCl
Câu 13. Mô tả sự hình thành liên kết ion trong CaO:
A. Ca²⁺ và O²⁻ hút nhau.
B. Ca²⁻ và O²⁺ hút nhau.
C. Ca và O hút nhau.
D. Ca và O dùng chung electron.
Câu 14. Mô tả sự hình thành liên kết ion trong MgCl₂:
A. Mg²⁺ và Cl₂⁻ hút nhau.
B. Mg²⁺ và Cl⁻ hút nhau.
C. Mg⁺ và Cl₂⁻ hút nhau.
D. Mg và Cl hút nhau.
Câu 15. Từ Li⁺, Ca²⁺, O²⁻, Cl⁻, các hợp chất ion là:
A. LiCl, CaCl₂
B. Li₂O, CaO
C. LiCl, CaCl₂, Li₂O, CaO
D. LiCl₂, CaCl₂, LiO, CaO
