Trả lời nhanh
Có hai loại liên kết cần phân biệt. Trong một phân tử nước, các nguyên tử O và H liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị phân cực, vì hiệu độ âm điện O–H bằng 1,24 và cặp electron bị lệch về phía O. Còn giữa các phân tử nước với nhau là liên kết hiđro (O–H···O), một lực hút yếu hơn nhiều nhưng quyết định tính chất đặc biệt của nước.
Hai câu hỏi hay bị nhầm lẫn
Đề bài thường hỏi theo hai kiểu gần giống nhau. Muốn chọn đúng, em hãy đọc kỹ xem đề hỏi liên kết bên trong một phân tử hay liên kết giữa các phân tử.
| Đề hỏi | Đáp án | Bản chất |
|---|---|---|
| Liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử nước | Cộng hóa trị phân cực | Dùng chung cặp electron, cặp electron lệch về O |
| Liên kết giữa các phân tử nước | Liên kết hiđro | Lực hút tĩnh điện giữa H (mang δ+) của phân tử này và O (mang δ–) của phân tử kia |
Vì sao liên kết O–H trong nước là cộng hóa trị phân cực?
- O và H đều là phi kim, nên chúng góp chung electron chứ không nhường nhận electron. Vì vậy đây không phải liên kết ion.
- Độ âm điện của O là 3,44 và của H là 2,20. Hiệu là 3,44 – 2,20 = 1,24, nằm trong khoảng từ 0,4 đến dưới 1,7. Đây là khoảng của liên kết cộng hóa trị phân cực.
- Cặp electron chung lệch về phía O, nên O mang điện tích âm một phần (δ–) và mỗi H mang điện tích dương một phần (δ+).
- Phân tử H2O có dạng gấp khúc, góc H–O–H khoảng 104,5°. Hai momen lưỡng cực không triệt tiêu nhau, nên cả phân tử là phân tử phân cực.
Công thức electron: H–Ö–H, trên O còn 2 cặp electron chưa liên kết. Chính các cặp này giúp O nhận liên kết hiđro.
Liên kết hiđro giữa các phân tử nước
Nguyên tử H đã bị hút lệch electron về O nên gần như “trần”, mang điện dương rõ rệt. Nó bị hút bởi cặp electron chưa liên kết của O ở phân tử nước bên cạnh. Ta viết liên kết này là O–H···O với nét đứt.
- Mỗi phân tử nước tối đa tạo 4 liên kết hiđro: 2 liên kết qua hai nguyên tử H và 2 liên kết qua hai cặp electron của O.
- Liên kết hiđro yếu hơn nhiều so với liên kết cộng hóa trị O–H. Cỡ năng lượng của nó khoảng vài chục kJ/mol, trong khi liên kết O–H cỡ hơn 400 kJ/mol.
- Khi đun sôi, ta chỉ phá các liên kết hiđro giữa các phân tử, còn liên kết O–H trong phân tử vẫn giữ nguyên. Vì vậy hơi nước vẫn là H2O.
Liên kết hiđro giải thích điều gì?
- Nhiệt độ sôi cao bất thường: nước sôi ở 100 °C, trong khi H2S có khối lượng phân tử lớn hơn lại sôi ở khoảng –60 °C. Lý do là nước có liên kết hiđro bền, cần nhiều năng lượng để tách các phân tử.
- Nước đá nổi trên nước lỏng: trong nước đá, mỗi phân tử liên kết với 4 phân tử khác tạo mạng tinh thể rỗng, nên thể tích lớn hơn và khối lượng riêng nhỏ hơn nước lỏng.
- Nước hòa tan được nhiều chất phân cực: như đường, ancol, muối, nhờ lực hút giữa phần δ+, δ– của nước và của chất tan.
- Sức căng bề mặt lớn: các phân tử ở mặt thoáng bị kéo vào trong, nên côn trùng nhỏ đi được trên mặt nước. Với cây cối, lực liên kết giữa các phân tử nước giúp nước được kéo lên trong mạch gỗ.
Loại trừ các đáp án dễ chọn nhầm
- Liên kết ion: sai, vì O và H đều là phi kim và hiệu độ âm điện chưa đủ lớn (chưa đến 1,7).
- Cộng hóa trị không phân cực: sai, vì O và H có độ âm điện khác nhau rõ rệt. Loại liên kết này chỉ có giữa hai nguyên tử giống nhau như H–H, O=O, hoặc hiệu độ âm điện rất nhỏ.
- Liên kết kim loại: sai, vì nước không chứa kim loại.
- Liên kết hiđro cho câu hỏi “trong phân tử”: sai, vì liên kết hiđro nằm giữa các phân tử, không phải bên trong một phân tử H2O.
Mẹo nhớ
Hãy nhớ câu: “Trong phân tử – chia chung electron; giữa phân tử – hiđro nối O và H“. Để có liên kết hiđro, phải có H gắn với nguyên tử độ âm điện lớn (F, O, N) ở phân tử này, và một nguyên tử F, O, N còn cặp electron tự do ở phân tử kia.
Lỗi hay gặp: nhiều bạn nghĩ liên kết hiđro là liên kết giữa H và H, hoặc cho rằng nó là liên kết “trong” phân tử nước. Thực ra O–H trong nước là liên kết cộng hóa trị, còn “hiđro” chỉ tên liên kết giữa các phân tử.
Bài luyện tập
- Trong các chất HF, CH4, C2H5OH, chất nào tạo được liên kết hiđro giữa các phân tử của chính nó?
Đáp án: HF (H–F···H) và C2H5OH (O–H···O). CH4 thì không, vì H gắn với C có độ âm điện nhỏ và C không còn cặp electron tự do. - Khi đun sôi nước, liên kết nào bị phá vỡ?
Đáp án: chỉ có liên kết hiđro giữa các phân tử bị phá vỡ. Liên kết cộng hóa trị O–H trong phân tử vẫn còn, nên hơi nước vẫn có công thức H2O. - Tính hiệu độ âm điện của liên kết O–H và cho biết loại liên kết (O: 3,44; H: 2,20).
Đáp án: 3,44 – 2,20 = 1,24. Giá trị này nằm trong khoảng từ 0,4 đến dưới 1,7 nên là liên kết cộng hóa trị phân cực.
Câu hỏi thường gặp
Liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử nước là liên kết gì?
Đó là liên kết cộng hóa trị phân cực. Hai nguyên tử H và O góp chung cặp electron, cặp electron lệch về phía O vì O có độ âm điện lớn hơn (hiệu độ âm điện O–H là 1,24).
Liên kết hóa học giữa các phân tử nước là gì?
Là liên kết hiđro, kí hiệu O–H···O. Nguyên tử H mang điện dương một phần của phân tử này hút nguyên tử O mang điện âm một phần của phân tử kia.
Liên kết hiđro có phải liên kết hóa học bền như liên kết cộng hóa trị không?
Không. Liên kết hiđro là tương tác yếu hơn nhiều so với liên kết cộng hóa trị, nhưng có số lượng rất lớn nên ảnh hưởng mạnh đến nhiệt độ sôi và tính chất của nước.
Một phân tử nước tạo tối đa bao nhiêu liên kết hiđro?
Tối đa 4 liên kết: 2 liên kết do hai nguyên tử H hướng tới O của phân tử khác, và 2 liên kết do hai cặp electron chưa liên kết trên O nhận H của các phân tử khác.