Bài giảng môn Hóa đại cương: Liên kết hóa học và cấu tạo phân tử - Nguyễn Minh Kha

Chương III
LIÊN KẾT HÓA HỌC 
VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬ
Giảng viên: ThS. Nguyễn Minh Kha
III. LIÊN KẾT ION
1. Thuyết tĩnh điện về liên kết ion
2. Khả năng tạo liên kết ion của các nguyên tố
3. Tính chất của liên kết ion
4. Sự phân cực ion
Tương tác hóa học xảy ra gồm hai giai đoạn:
Nguyên tử truyền e cho nhau tạo thành ion
Các ion trái dấu hút nhau theo lực hút tĩnh điện
Na + Cl Na+ + Cl– NaCl
2s22p63s1 3s23p5 2s22p6 3s23p6
1. Thuyết tĩnh điện về liên kết ion
Khả năng tạo lk ion phụ thuộc vào khả năng tạo ion của 
các ngtố:
Các ngtố có I ↓ → dễ tạo cation
Các ngtố có F ↓ → dễ tạo anion
 χ ↑ → độ ion ↑
2. Khả năng tạo liên kết ion của các nguyên tố:
Mối quan hệ giữa độ ion (%) và hiệu số độ âm 
điện các nguyên tố theo Pauling
∆χ Độ ion 
%
∆χ Độ ion 
%
∆χ Độ ion 
%
0,2 1 1,2 30 2,2 70
0,4 4 1,4 39 2,4 76
0,6 9 1,6 47 2,6 82
0,8 15 1,8 55 2,8 86
1,0 22 2,0 63 3,0 89
3. Tính chất của liên kết ion:
 Không định hướng
 Không bão hòa
 Phân cực rất mạnh
Mạng tinh thể ion
 Nguyên tắc sắp xếp các ion đặc khít nhất
Mỗi ion được bao quanh số cực đại các ion trái 
dấu (số phối trí).
 Các ion cùng dấu ở cách xa nhau.
Năng lượng mạng tinh thể ion
MX (tinh thể ion ) → M+(khí) + X- (khí) H=UMX
Công thức Kapustinski (lk ion thuần túy)
ac
ac
MX
rr
A.n.Z.Z
U
Khi lk có phần cộng hóa trị tương đối lớn
thì công thức này không còn chính xác.
Ảnh hưởng của năng lượng mạng tinh thể
Độ bền mạng tinh thể
Khả năng hòa tan
Nhiệt độ sôi
Nhiệt độ nóng chảy
Năng lượng mạng tinh thể
QUAN HỆ GIỮA NĂNG LƯỢNG MẠNG LƯỚI VÀ 
NHIỆT ĐỘ SÔI, NHIỆT ĐỘ NÓNG CHẢY
Tinh thể NaF NaCl NaBr NaI
Uml[kcal/mol] 217 183 176 164
Nhiệt độ sôi
[0C]
1695 1441 1393 1300
Nhiệt độ 
nchảy [0C] 992 800 747 662
MgO Tnc = 2852
oC Mg2+ O2-
NaCl Tnc = 800
oC Na+ Cl-
Tnc ~ U mà U ~ Zc Za ; U ~ 1/rc+ra
So sánh nhiệt độ nóng chảy NaCl và MgO
U (MgO) 4 U(NaCl) nên Tnc(MgO) 3.6 Tnc (NaCl)
Đặc điểm của hợp chất ion
 Tính dẫn điện kém ở trạng thái rắn nhưng dẫn điện tốt ở 
trạng thái nóng chảy hay dung dịch.
 Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi khá cao
 Tinh thể rắn, giòn.
 Dễ tan trong các dung môi phân cực (H2O).
Quá trình hòa tan các chất tinh thể ion 
trong dm phân cực
MX(rắn) +(n+m) H2O → M
+.nH2O + X
-.mH2O
 Hhòa tan = Hvlý + Hsol
 Hvlý >0 Hvlý  UMX
 Hsol <0

1
1
r2
z
H
2
sol
QUAN HỆ GIỮA NĂNG LƯỢNG MẠNG LƯỚI, NĂNG 
LƯỢNG HYDRAT HOÁ VÀ ĐỘ TAN
Tinh thể LiF NaF KF RbF CsF
Uml[kcal/mol] 243,6 213,0 189,0 180,6 171,6
Uhy[kcal/mol] -245,2 -217,8 -197,8 -192,7 -186,9
Độ tan 
[g/100g]
0,26 4,22 48,0 Dễ tan Dễ tan
4. Sự phân cực ion
 Khái niệm về sự phân cực ion
 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân cực ion
 Ảnh hưởng của sự phân cực ion đến tính chất các hợp 
chất
Sự phân cực tương hỗ giữa các ion
 (ptử)= ’ - c - a
_ +
_ + 
_ +
_ + 
_ +
_ +
+ _
’
 c
 a
c và a là momen lưỡng 
cực cảm ứng
’ là momen lưỡng cực 
của hai ion 
( xem lk ion lý tưởng )
Momen lưỡng cực cảm ứng 
 =  .E → a =  a.Ec c =  c.Ea
 - độ phân cực, r3 → a >> c
2r
q
E 
E – cường độ điện trường của ion gây phân cực.
→ cation có tác dụng gây phân cực
mạnh hơn anion
>>
Quá trình phân cực ion có tính chất một chiều 
cation gây phân cực anion
+→ Không có lk ion 100%.
sự phân cực ion làm cho đám mây điện tử của cation và 
anion che phủ nhau một phần nên lk ion bao giờ cũng 
mang một phần tính cộng hóa trị.
_
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ PHÂN CỰC ION
 Độ phân cực : khả năng bị phân cực (bán 
kính, điện tích, cấu hình e-)
 Tác dụng gây phân cực của cation
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ phân cực - khả năng 
bị phân cực
 Bán kính ion càng lớn → tăng
F - < Cl - < Br - < I- tăng
• Các ion đẳng electron có điện tích càng nhỏ 
(càng âm) thì tăng.
Mg2+ < Na+ < Ne < F- < O2- tăng
•Cấu hình electron hóa trị
ns2np6 < ns2np6nd1→9 < ns2np6nd10 tăng
Độ phân cực của các cation
Ion Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+
R [Å3] 0,68 0,97 1,33 1,47 1,67
 [Å3] 0,029 0,187 0,888 1,499 2,570
Ion Be2+ Mg2+ Ca2+ Sr2+ Ba2+
R [Å] 0,35 0,66 0,99 1,20 1,34
 [Å3] 0,008 0,103 0,552 1,020 1,860
Độ phân cực của các anion
Ion F- Cl- Br- I-
R [Å] 1,33 1,81 1,96 2,20
 [Å3] 0,96 3,57 4,99 7,57
Ion O2- S2- Se2- Te2-
R [Å] 1,32 1,74 1,91 2,11
 [Å3] 2,74 8,94 11,45 16,10
Độ phân cực của anion >> độ phân cực của cation
Tính 
cộng 
hóa 
trị 
tăng 
dần
Các yếu tố ảnh hưởng đến tác dụng phân cực của 
cation
• Thế cation (qui tắc Fajan)
 
r
q
• Cấu hình electron hóa trị 
ns2np6 < ns2np6nd1→9 < 18e+ ns2< ion kiểu He < 
ns2np6nd10
Tính 
cộng 
hóa 
trị 
tăng 
dần
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân cực ion: phụ thuộc 
vào điện tích, kích thước và cấu hình e của các ion
Khả năng bị phân cực
Kích thước ion tăng → độ bị phân cực tăng
Cấu hình e: 
• ion 8e (ns2np6): min 
•ion 18e (ns2np6nd10): max 
Tác dụng phân cực
q ↑→ mật độ điện tích ↑→ độ phân cực↑
r ↑ → mật độ điện tích ↓ → độ phân cực↓
→ Anion thường có kích thước lớn hơn → dễ bị phân cực
Cation thường có kích thước nhỏ hơn → tác dụng phân cực lớn hơn
↑ khi lực hút hn – e ↓:
↑ khi điện trường của nó tạo ra càng mạnh
4. Sự phân cực ion -Tóm tắt
Ảnh hưởng của sự phân cực ion đến tính chất 
các hợp chất ion 
Độ bền: 
Sự phân cực ion↑ → tính cht↑ → q của ion ↓ → lực hút 
giữa các ion↓ → U ↓ → độ bền của tinh thể ion ↓→ Tnc, 
Tply↓
Chất LiF LiCl LiBr LiI
Tnc, 
0C 848 607 550 469
Chất MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3
Tnc, 
0C 600 897 1100 1400
Độ điện ly
Sự phân cực ion↑ → tính cht↑ → tính ion↓ → độ đly ↓
Độ tan của hợp chất ion phụ thuộc chủ yếu vào: U và Eh
U ↑→ độ tan ↓
Khả năng phân cực nước của cation↑→ lực hút tĩnh 
điện giữa cation và lưỡng cực nước ↑→ Eh ↑→ độ tan ↑ 
Muối CaSO4 SrSO4 BaSO4
Độ tan 8.10-3 5.10-4 1.10-5
U (kJ/mol) 2347 2339 2262
Eh (kJ/mol) 1703 1598 1444
Độ tan Hhòa tan= Hvlý + Hs = U + Eh
Ảnh hưởng của sự phân cực ion đến tính chất 
các hợp chất ion 
Điện tích bán kính Tnc[
0C] Độ tan Liên kết
NaCl 1+ 0.095nm 808 Tan ion
MgCl2 2+ 0.065nm 714 Tan ion
AlCl3 3+ 0.050nm 180 Thủy phân chtrị
SiCl4 4+ 0.041nm -70 Thủy phân chtrị
G
R
E
A
T
E
R
 P
O
S
IT
IV
E
C
H
A
R
G
E
 D
E
N
S
IT
Y
IV. LIÊN KẾT KIM LOẠI
1. Các tính chất của kim loại
2. Cấu tạo kim loại và liên kết kim loại
3. Thuyết miền năng lượng về cấu tạo kim loại
4. Áp dụng thuyết miền năng lượng để giải thích tính 
dẫn điện của chất rắn
1. Các tính chất của kim loại
 Không trong suốt
 Có ánh kim
 Dẫn nhiệt, dẫn điện tốt
 Dẻo 
Những ion dương ở nút mạng tinh thể
Các e hóa trị tự do chuyển động hỗn loạn trong toàn 
bộ tinh thể KL → khí e
2. Cấu tạo kim loại và liên kết kim loại
3. Thuyết miền năng lượng về cấu tạo kim loại
 MIỀN HÓA TRỊ - HOMO
miền chứa electron hóa trị
 MIỀN DẪN – LUMO
miền nằm trên miền hóa 
trị
 MIỀN CẤM
là khoảng cách giữa hai 
miền trên nếu có
4. Áp dụng thuyết miền năng lượng để 
giải thích tính dẫn điện của chất rắn
Chất cách 
điện
 E > 3 eV
Chất bán dẫn
0,1< E <3 eV
Kim lọai có miền 
hóa trị và miền 
dẫn che phủ hay 
tiếp xúc nhau
V. LIÊN KẾT VAN DER WAALS
1. Bản chất của lk Van der Waals là tương tác tĩnh điện
2. Đặc điểm
 Là loại liên kết xuất hiện giữa các phân tử
 Có thể xuất hiện ở những khoảng cách tương đối lớn
 Có năng lượng nhỏ E = 1 ÷2Kcal/mol
 Có tính không chọn lọc và không bão hòa
 Có tính cộng
3. Thành phần
Tương tác khuyếch tán: nhờ lưỡng cực nhất thời của các 
phân tử 
Tương tác cảm ứng: giữa các phân tử có cực và không 
cực 
Tương tác định hướng: giữa các phân tử có cực 
 Phân tử có cực càng lớn và phân tử lượng càng lớn 
thì liên kết VDW càng lớn, càng dễ hóa lỏng, trạng 
thái tập hợp phân tử có độ đặc càng cao (mật độ 
phân tử càng cao)
 Ví dụ: 
 SO2 có cực dễ hóa lỏng hơn CO2
 F2(k), Cl2(k), Br2(ℓ), I2(r): phân tử lượng tăng dần, 
liên kết VDW tăng dần 
VI. LIÊN KẾT HYDRO
1. Khái niệm và bản chất của liên kết hydro
Liên kết giữa ng tử H+ với ng tử có kích thước nhỏ độ âm 
điện mạnh như: F, O , N (Trong phân tử đó, H phải lk trực tiếp 
với ngtử có độ âm điện lớn)
Liên kết Hydro liên phân tử.
Liên kết Hydro nội phân tử
2. Đặc điểm
 Liên kết hydro là loại lk yếu, yếu hơn nhiều so với lk cht nhưng mạnh 
hơn lk Van der Waals.
 Lk hydro càng bền khi X- có giá trị  càng lớn
Hydrogen Bonds in Water
Liên kết Hydro liên phân tử
Liên kết Hydro trong nước đá
Liên kết hydro giữa các 
phân tử nước được sắp 
xếp tạo nên cấu trúc lục 
giác mở.
cấu trúc xốp của nước 
đá làm cho nước đá nhẹ 
hơn nước lỏng.
Hydrogen Bonding in Acetic Acid
Liên kết Hydro liên phân tử
Hydrogen Bonding in Salicylic Acid
Liên kết 
Hydro nội 
phân tử
Figure 2.16 Hydrogen Bonds Hold Water Molecules Together (Part 1)
Properties of Molecules 
Liên kết Hydro thường gặp trong chất lỏng, tinh thể, đôi 
khi ở trạng thái khí, các hợp chất cao phân tử.
3. Ảnh hưởng của lk hydro đến tính chất của các chất:
liên kết hydro làm:
 lk hydro liên phân tử: Tăng Ts, Tnc của các chất
 lk hydro nội phân tử: làm giảm Ts, Tnc của chất
 Giảm độ acid của dung dịch
 Tăng độ tan trong dung môi 
 Trong sinh học, lk hydro giúp tạo các cấu trúc bậc cao 
cho glucid, protid
VI. LIÊN KẾT HYDRO
t
S
= -24,8
0
C78,5
0
C
t
S
= -24,8
0
C
t
S
= 78,5
0
C