Liên kết hóa học là sự kết hợp giữa các nguyên tử để tạo thành phân tử hoặc tinh thể. Mục tiêu chung của các nguyên tử khi tham gia liên kết là đạt được cấu hình electron bền vững, tương tự như khí hiếm, với 8 electron ở lớp ngoài cùng (hoặc 2 electron đối với Heli).
Để hiểu rõ hơn về xu hướng này, hãy xem xét sự hình thành ion và liên kết ion.
I. SỰ HÌNH THÀNH ION: CATION VÀ ANION
1. Ion, Cation, Anion
a. Nguyên tử trung hòa về điện. Khi nguyên tử nhận hoặc nhường electron, nó trở thành một hạt mang điện, gọi là ion.
b. Trong các phản ứng hóa học, để đạt cấu hình electron bền của khí hiếm, nguyên tử kim loại thường có khuynh hướng nhường electron cho nguyên tử của các nguyên tố khác, từ đó trở thành ion dương, còn gọi là cation. Quá trình này giải thích tại sao kim loại dễ dàng tham gia phản ứng oxi hóa.
Ví dụ 1: Sự tạo thành ion Li+ từ nguyên tử Li (Z = 3). Cấu hình electron của Li là 1s²2s¹ hay (2, 1). Nguyên tử Li dễ dàng nhường 1 electron ở lớp ngoài cùng để trở thành ion dương Li+ (1s²).
Phương trình biểu diễn:
Li → Li+ + e
Ví dụ 2: Các nguyên tử kim loại có 1, 2 hoặc 3 electron ở lớp ngoài cùng đều dễ dàng nhường electron để trở thành ion dương.
Na → Na+ + e
Mg → Mg2+ + 2e
Al → Al3+ + 3e
Các cation kim loại được gọi theo tên kim loại tương ứng. Ví dụ, Na+ được gọi là cation natri.
c. Trong các phản ứng hóa học, để đạt cấu hình electron bền của khí hiếm, nguyên tử phi kim có khuynh hướng nhận electron từ nguyên tử của các nguyên tố khác, trở thành ion âm, gọi là anion. Điều này giải thích tại sao phi kim có tính oxi hóa mạnh.
Ví dụ 1: Sự tạo thành ion florua (F-) từ nguyên tử F (Z = 9). Cấu hình electron của nguyên tử F là 1s²2s²2p⁵ (2, 7). Lớp ngoài cùng có 7 electron nên F dễ dàng nhận thêm 1 electron để trở thành ion âm florua (F-), có cấu hình 1s²2s²2p⁶ (2, 8).
Phương trình biểu diễn:
F + e → F-
Ví dụ 2: Những nguyên tử phi kim có 5, 6 hoặc 7 electron ở lớp ngoài cùng (ns²np³, ns²np⁴, ns²np⁵) có khả năng nhận thêm 3, 2 hoặc 1 electron để trở thành ion âm.
Cl + e → Cl-
O + 2e → O²⁻
Các anion phi kim được gọi theo tên gốc axit (trừ O²⁻ gọi là anion oxit). Ví dụ: F- gọi là anion florua.
2. Ion Đơn Nguyên Tử và Ion Đa Nguyên Tử
a. Ion đơn nguyên tử là các ion được tạo thành từ một nguyên tử. Ví dụ: cation Li+, Na+, Mg2+, Al3+ và anion F-, S2-.
b. Ion đa nguyên tử là những nhóm nguyên tử mang điện tích dương hoặc âm. Ví dụ: cation amoni (NH₄+), anion hiđroxit (OH-), anion sunfat (SO₄²⁻).
II. SỰ TẠO THÀNH LIÊN KẾT ION
Để hiểu rõ hơn về sự tạo thành liên kết ion, hãy xem xét phản ứng giữa natri và clo:
Nguyên tử Na (1s²2s²2p⁶3s¹) nhường 1 electron cho nguyên tử Cl (1s²2s²2p⁶3s²3p⁵). Đồng thời, nguyên tử clo nhận 1 electron từ nguyên tử Na để biến đổi thành anion Cl- (1s²2s²2p⁶3s²3p⁶).
Phương trình biểu diễn:
Na + Cl → Na+ + Cl-
Hai ion được tạo thành mang điện tích trái dấu hút nhau bằng lực hút tĩnh điện, tạo nên phân tử NaCl:
Na+ + Cl- → NaCl
Liên kết giữa cation Na+ và anion Cl- là liên kết ion.
Vậy, liên kết ion là liên kết được hình thành bởi lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu.
