Bài học

Ôn tập quy tắc octet, liên kết ion và liên kết cộng hoá trị

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em dự đoán được loại liên kết (ion hay cộng hoá trị) hình thành giữa hai nguyên tố dựa vào quy tắc octet, viết được sơ đồ hình thành liên kết ion, và vẽ được công thức Lewis cho một số phân tử cộng hoá trị đơn giản.

Kiến thức nền cần nhớ

Chương trước em đã xác định được electron lớp ngoài cùng và phân loại kim loại/phi kim từ vị trí trên bảng tuần hoàn. Bài này dùng đúng thông tin đó để trả lời câu hỏi tiếp theo: khi hai nguyên tử tiến lại gần nhau, chúng liên kết với nhau bằng cách nào?

Khởi động

Muối ăn $NaCl$ ở thể rắn có nhiệt độ nóng chảy tới 801°C, trong khi khí hydrogen chloride $HCl$ đã hoá lỏng ở -85°C. Cả hai đều liên quan đến chlorine, vậy điều gì khiến hai chất khác biệt đến vậy về nhiệt độ nóng chảy, sôi?

Kiến thức trọng tâm

Quy tắc octet. Trong quá trình hình thành liên kết hoá học, nguyên tử có xu hướng nhường, nhận hoặc góp chung electron để đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm gần nhất — thường là 8 electron ở lớp ngoài cùng (riêng các nguyên tố gần helium thì hướng tới 2 electron).

Liên kết ion. Hình thành giữa một kim loại điển hình (dễ nhường electron, ví dụ nhóm IA, IIA) và một phi kim điển hình (dễ nhận electron, ví dụ nhóm VIA, VIIA). Nguyên tử kim loại nhường electron trở thành cation (ion dương), nguyên tử phi kim nhận electron trở thành anion (ion âm); lực hút tĩnh điện mạnh giữa cation và anion trái dấu tạo nên liên kết ion. Ví dụ: $Na \to Na^+ + e$ và $Cl + e \to Cl^-$ , hai ion trái dấu hút nhau tạo thành tinh thể $NaCl$ . Vì lực hút tĩnh điện giữa vô số ion trong toàn bộ tinh thể rất mạnh, hợp chất ion thường có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi rất cao.

Liên kết cộng hoá trị. Hình thành giữa hai nguyên tử phi kim, khi cả hai cùng góp chung một hay nhiều cặp electron để cả hai cùng đạt octet — không nguyên tử nào "cho hẳn" electron của mình. Tuỳ số cặp electron dùng chung, liên kết có thể là đơn (1 cặp), đôi (2 cặp) hoặc ba (3 cặp). Công thức Lewis biểu diễn các cặp electron dùng chung (bằng gạch nối) và các cặp electron riêng không tham gia liên kết (bằng dấu chấm) trên mỗi nguyên tử.

Một số ví dụ công thức Lewis. Phân tử nước $H_2O$ : oxygen góp 2 electron tạo 2 liên kết đơn với 2 nguyên tử hydrogen, còn lại 2 cặp electron riêng trên oxygen. Phân tử carbon dioxide $CO_2$ : carbon tạo 2 liên kết đôi với 2 nguyên tử oxygen ( $O=C=O$ ) để cả ba nguyên tử đều đạt octet. Phân tử nitrogen $N_2$ : hai nguyên tử N góp chung 3 cặp electron tạo liên kết ba ( $N \equiv N$ ) — đây cũng là lí do khí $N_2$ rất trơ, khó phản ứng ở điều kiện thường, vì liên kết ba rất bền.

**Quy tắc octet.** Trong quá trình hình thành liên kết hoá học, nguyên tử có xu hướng nhường, nhận hoặc góp chung electron để đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm gần nhất — thường là 8 electron ở lớp ngoài cùng (riêng các nguyên tố gần helium thì hướng tới 2 electron). **Liên kết ion.** Hình thành giữa một kim loại điển hình (dễ nhường electron, ví dụ nhóm IA, IIA) và một phi kim điển hình (dễ nhận electron, ví dụ nhóm VIA, VIIA). Nguyên tử kim loại nhường electron trở thành cation (ion dương), nguyên tử phi kim nhận electron trở thành anion (ion âm); lực hút tĩnh điện mạnh giữa cation và anion trái dấu tạo nên liên kết ion. Ví dụ: $Na \to Na^+ + e$ và $Cl + e \to Cl^-$, hai ion trái dấu hút nhau tạo thành tinh thể $NaCl$. Vì lực hút tĩnh điện giữa vô số ion trong toàn bộ tinh thể rất mạnh, hợp chất ion thường có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi rất cao. **Liên kết cộng hoá trị.** Hình thành giữa hai nguyên tử phi kim, khi cả hai cùng góp chung một hay nhiều cặp electron để cả hai cùng đạt octet — không nguyên tử nào "cho hẳn" electron của mình. Tuỳ số cặp electron dùng chung, liên kết có thể là đơn (1 cặp), đôi (2 cặp) hoặc ba (3 cặp). Công thức Lewis biểu diễn các cặp electron dùng chung (bằng gạch nối) và các cặp electron riêng không tham gia liên kết (bằng dấu chấm) trên mỗi nguyên tử. **Một số ví dụ công thức Lewis.** Phân tử nước $H_2O$: oxygen góp 2 electron tạo 2 liên kết đơn với 2 nguyên tử hydrogen, còn lại 2 cặp electron riêng trên oxygen. Phân tử carbon dioxide $CO_2$: carbon tạo 2 liên kết đôi với 2 nguyên tử oxygen ($O=C=O$) để cả ba nguyên tử đều đạt octet. Phân tử nitrogen $N_2$: hai nguyên tử N góp chung 3 cặp electron tạo liên kết ba ($N \equiv N$) — đây cũng là lí do khí $N_2$ rất trơ, khó phản ứng ở điều kiện thường, vì liên kết ba rất bền.

Ví dụ

Viết sơ đồ hình thành liên kết ion trong MgO

1
Viết sơ đồ hình thành liên kết ion trong phân tử $MgO$ từ cấu hình electron của Mg ( $Z=12$ ) và O ( $Z=8$ ).
Viết sơ đồ hình thành liên kết ion trong phân tử $MgO$ từ cấu hình electron của Mg ($Z=12$) và O ($Z=8$).
2
Cấu hình Mg: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2$ , có 2 electron lớp ngoài cùng. Để đạt cấu hình bền của khí hiếm Ne ( $1s^2 2s^2 2p^6$ ), Mg nhường 2 electron: $Mg \to Mg^{2+} + 2e$ .
Cấu hình Mg: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2$, có 2 electron lớp ngoài cùng. Để đạt cấu hình bền của khí hiếm Ne ($1s^2 2s^2 2p^6$), Mg nhường 2 electron: $Mg \to Mg^{2+} + 2e$.
3
Cấu hình O: $1s^2 2s^2 2p^4$ , có 6 electron lớp ngoài cùng. Để đạt cấu hình bền của khí hiếm Ne, O nhận thêm 2 electron: $O + 2e \to O^{2-}$ .
Cấu hình O: $1s^2 2s^2 2p^4$, có 6 electron lớp ngoài cùng. Để đạt cấu hình bền của khí hiếm Ne, O nhận thêm 2 electron: $O + 2e \to O^{2-}$.
4
Hai ion trái dấu $Mg^{2+}$ và $O^{2-}$ hút nhau bằng lực hút tĩnh điện, tạo thành hợp chất ion $MgO$ . Cả hai ion đều có cấu hình electron bền của khí hiếm Ne, đúng theo quy tắc octet.
Hai ion trái dấu $Mg^{2+}$ và $O^{2-}$ hút nhau bằng lực hút tĩnh điện, tạo thành hợp chất ion $MgO$. Cả hai ion đều có cấu hình electron bền của khí hiếm Ne, đúng theo quy tắc octet.

Ví dụ

Dự đoán loại liên kết từ số hiệu nguyên tử

1
Cho hai nguyên tố X ( $Z=11$ ) và Y ( $Z=17$ ). Dự đoán loại liên kết hình thành giữa X và Y, viết công thức hợp chất tạo thành, và giải thích theo quy tắc octet.
Cho hai nguyên tố X ($Z=11$) và Y ($Z=17$). Dự đoán loại liên kết hình thành giữa X và Y, viết công thức hợp chất tạo thành, và giải thích theo quy tắc octet.
2
X ( $Z=11$ ): cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$ , 1 electron lớp ngoài cùng → kim loại điển hình (sodium). Y ( $Z=17$ ): cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$ , 7 electron lớp ngoài cùng → phi kim điển hình (chlorine).
X ($Z=11$): cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$, 1 electron lớp ngoài cùng → kim loại điển hình (sodium). Y ($Z=17$): cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$, 7 electron lớp ngoài cùng → phi kim điển hình (chlorine).
3
Kim loại điển hình kết hợp với phi kim điển hình luôn tạo liên kết ion: X nhường 1 electron ( $X \to X^+ + e$ ), Y nhận 1 electron ( $Y + e \to Y^-$ ), cả hai đều đạt octet.
Kim loại điển hình kết hợp với phi kim điển hình luôn tạo liên kết ion: X nhường 1 electron ($X \to X^+ + e$), Y nhận 1 electron ($Y + e \to Y^-$), cả hai đều đạt octet.
4
Hợp chất tạo thành là $NaCl$ , liên kết trong đó là liên kết ion.
Hợp chất tạo thành là $NaCl$, liên kết trong đó là liên kết ion.

Ví dụ

Vẽ công thức Lewis và đếm cặp electron

1
Vẽ công thức Lewis của phân tử $CO_2$ , cho biết số cặp electron liên kết và số cặp electron riêng trên mỗi nguyên tử oxygen.
Vẽ công thức Lewis của phân tử $CO_2$, cho biết số cặp electron liên kết và số cặp electron riêng trên mỗi nguyên tử oxygen.
2
Carbon có 4 electron hoá trị, mỗi oxygen có 6 electron hoá trị — tổng cộng $4 + 6 \times 2 = 16$ electron hoá trị cần phân bố.
Carbon có 4 electron hoá trị, mỗi oxygen có 6 electron hoá trị — tổng cộng $4 + 6 \times 2 = 16$ electron hoá trị cần phân bố.
3
Nếu chỉ dùng liên kết đơn, carbon (ở giữa) không đủ 8 electron xung quanh. Carbon phải tạo 2 liên kết ĐÔI với 2 nguyên tử oxygen: $O = C = O$ . Khi đó carbon có 4 cặp electron bao quanh (2 liên kết đôi = 4 cặp dùng chung) — đủ octet; mỗi oxygen có 1 liên kết đôi (2 cặp dùng chung) cộng 2 cặp electron riêng — cũng đủ octet.
Nếu chỉ dùng liên kết đơn, carbon (ở giữa) không đủ 8 electron xung quanh. Carbon phải tạo 2 liên kết ĐÔI với 2 nguyên tử oxygen: $O = C = O$. Khi đó carbon có 4 cặp electron bao quanh (2 liên kết đôi = 4 cặp dùng chung) — đủ octet; mỗi oxygen có 1 liên kết đôi (2 cặp dùng chung) cộng 2 cặp electron riêng — cũng đủ octet.
4
Công thức Lewis: $O=C=O$ . Có 2 liên kết đôi (4 cặp electron liên kết); mỗi nguyên tử oxygen còn 2 cặp electron riêng không tham gia liên kết.
Công thức Lewis: $O=C=O$. Có 2 liên kết đôi (4 cặp electron liên kết); mỗi nguyên tử oxygen còn 2 cặp electron riêng không tham gia liên kết.

Sai lầm thường gặp

Đừng vội kết luận liên kết ion chỉ vì thấy hiệu số oxi hoá hay tưởng "cứ khác nguyên tố là ion". Liên kết giữa hai phi kim — dù rất khác nhau về độ âm điện như trong $CO_2$ hay $HCl$ — vẫn là liên kết CỘNG HOÁ TRỊ (có thể phân cực, học kĩ ở bài sau), không phải liên kết ion. Liên kết ion chỉ hình thành khi có mặt một kim loại điển hình.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Kim loại điển hình + phi kim điển hình → liên kết ion (nhường/nhận electron hẳn). Phi kim + phi kim → liên kết cộng hoá trị (góp chung electron), biểu diễn bằng công thức Lewis với liên kết đơn/đôi/ba và các cặp electron riêng.

Bài tiếp theo đào sâu vào chính liên kết cộng hoá trị: không phải mọi liên kết cộng hoá trị đều "công bằng" như nhau — em sẽ học cách đánh giá độ phân cực của liên kết và lực hút giữa các phân tử với nhau.