Chuyên đề: Liên kết hóa học — Lý thuyết và Phương pháp giải

Bước 1: Viết cấu hình electron của nguyên tử $\mathrm{Mg}$ và $\mathrm{O}$:

• $\mathrm{Mg} (Z = 12): 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2$ (có $2$ electron lớp ngoài cùng, xu hướng nhường $2e$).

• $\mathrm{O} (Z = 8): 1s^2 2s^2 2p^4$ (có $6$ electron lớp ngoài cùng, xu hướng nhận $2e$).

Bước 2: Sơ đồ hình thành các ion:

$$\mathrm{Mg} \longrightarrow \mathrm{Mg^{2+}} ([\mathrm{Ne}]) + 2e$$

$$\mathrm{O} + 2e \longrightarrow \mathrm{O^{2-}} ([\mathrm{Ne}])$$

Bước 3: Tạo thành liên kết ion trong tinh thể $\mathrm{MgO}$:

Hai ion $\mathrm{Mg^{2+}}$ và $\mathrm{O^{2-}}$ mang điện tích trái dấu hút nhau bằng lực hút tĩnh điện tạo nên hợp chất $\mathrm{MgO}$:

$$\mathrm{Mg^{2+}} + \mathrm{O^{2-}} \longrightarrow \mathrm{MgO}$$

Kết luận: Cả hai ion $\mathrm{Mg^{2+}}$ và $\mathrm{O^{2-}}$ đều đạt cấu hình octet bền vững của khí hiếm Neon ($1s^2 2s^2 2p^6$).

1. Phân tử $\mathrm{N_2}$:

• Nguyên tử $\mathrm{N}$ có $5$ electron hóa trị ($2s^2 2p^3$), cần thêm $3$ electron để đạt octet. Mỗi nguyên tử góp chung $3$ electron tạo $3$ cặp e chung (liên kết ba).

• Công thức electron: $:\mathrm{N} \vdots\vdots \mathrm{N}:$

• Công thức Lewis: $|\mathrm{N} \equiv \mathrm{N}|$ (mỗi nguyên tử $\mathrm{N}$ còn 1 cặp e tự do).

• Công thức cấu tạo: $\mathrm{N \equiv N}$ (liên kết ba rất bền vững).

2. Phân tử $\mathrm{H_2O}$:

• Nguyên tử $\mathrm{O}$ có $6$ electron hóa trị, góp chung với mỗi nguyên tử $\mathrm{H}$ một electron tạo thành $2$ cặp e chung (liên kết đơn).

• Công thức electron: $\mathrm{H} : \ddot{\mathrm{O}} : \mathrm{H}$

• Công thức Lewis: $\mathrm{H}-\ddot{\mathrm{O}}-\mathrm{H}$ (nguyên tử $\mathrm{O}$ còn 2 cặp e tự do).

• Công thức cấu tạo: $\mathrm{H-O-H}$ (dạng góc gấp khúc do lực đẩy của 2 cặp electron tự do).

a) Tính hiệu độ âm điện $\Delta \chi$:

• Trong $\mathrm{CH_4}$: Liên kết $\mathrm{C-H}$ có $\Delta \chi = |2{,}55 - 2{,}20| = 0{,}35 < 0{,}4 \Rightarrow$ Liên kết cộng hóa trị không phân cực.

• Trong $\mathrm{HCl}$: Liên kết $\mathrm{H-Cl}$ có $\Delta \chi = |3{,}16 - 2{,}20| = 0{,}96$ ($0{,}4 \le 0{,}96 < 1{,}7$) $\Rightarrow$ Liên kết cộng hóa trị phân cực.

• Trong $\mathrm{NaCl}$: Liên kết $\mathrm{Na-Cl}$ có $\Delta \chi = |3{,}16 - 0{,}93| = 2{,}23 \ge 1{,}7 \Rightarrow$ Liên kết ion.

b) Đếm số liên kết $\sigma$ và $\pi$:

• Phân tử $\mathrm{C_2H_4}$ ($ext{H}_2 ext{C}= ext{CH}_2$): Gồm $4$ liên kết đơn $\mathrm{C-H}$ ($4\sigma$) và $1$ liên kết đôi $\mathrm{C=C}$ ($1\sigma + 1\pi$). Vậy tổng cộng có $5$ liên kết $\sigma$ và $1$ liên kết $\pi$.

• Phân tử $\mathrm{CO_2}$ ($\mathrm{O=C=O}$): Gồm $2$ liên kết đôi $\mathrm{C=O}$, mỗi liên kết đôi gồm $1\sigma + 1\pi$. Vậy tổng cộng có $2$ liên kết $\sigma$ và $2$ liên kết $\pi$.

a) Giải thích nhiệt độ sôi của $\mathrm{C_2H_5OH}$ và $\mathrm{CH_3OCH_3}$ (cùng $M = 46$):

• Phân tử $\mathrm{C_2H_5OH}$ chứa nhóm $-\mathrm{OH}$, nguyên tử $\mathrm{H}$ linh động liên kết trực tiếp với $\mathrm{O}$ có độ âm điện lớn, tạo được liên kết hydrogen liên phân tử bền vững $(\mathrm{C_2H_5O-H \dots O(H)C_2H_5})$. Cần tiêu tốn nhiều nhiệt lượng để phá vỡ các liên kết này khi sôi.

• Phân tử $\mathrm{CH_3OCH_3}$ không có nguyên tử $\mathrm{H}$ liên kết trực tiếp với $\mathrm{O}$, nên không tạo được liên kết hydrogen liên phân tử mà chỉ có tương tác van der Waals yếu. Vì vậy nhiệt độ sôi của ether thấp hơn nhiều.

b) Giải thích nhiệt độ sôi của dãy khí hiếm từ $\mathrm{He}$ đến $\mathrm{Xe}$ tăng dần:

• Khí hiếm tồn tại dưới dạng nguyên tử đơn chất trơ. Giữa các nguyên tử chỉ có tương tác van der Waals.

• Đi từ $\mathrm{He}$ đến $\mathrm{Xe}$, khối lượng nguyên tử và kích thước đám mây electron tăng dần, làm tăng độ biến dạng của đám mây electron $\Rightarrow$ Tương tác van der Waals giữa các nguyên tử tăng dần $\Rightarrow$ Nhiệt độ sôi tăng dần.