Trả lời nhanh
Một chất tạo được liên kết hydrogen giữa các phân tử của nó khi trong phân tử có nguyên tử hydrogen gắn trực tiếp với nguyên tử có độ âm điện lớn và kích thước nhỏ là F, O hoặc N (dạng H–F, H–O, H–N). Vì vậy H2O, NH3, HF, ancol như C2H5OH và axit cacboxylic như CH3COOH có liên kết hydrogen, còn CH4, CH3OCH3, HCHO thì không tạo được giữa các phân tử cùng loại.
Liên kết hydrogen là gì?
Liên kết hydrogen là lực hút tĩnh điện giữa nguyên tử H mang một phần điện tích dương (δ+) của phân tử này với nguyên tử F, O hoặc N mang một phần điện tích âm (δ−) và còn cặp electron chưa liên kết của phân tử khác. Nó yếu hơn liên kết cộng hoá trị nhiều lần, nhưng mạnh hơn tương tác van der Waals thông thường.
Hai điều kiện cần đủ
- Phía cho H: H phải liên kết trực tiếp với F, O hoặc N. Liên kết C–H hầu như không phân cực đủ mạnh nên H trong C–H không tham gia.
- Phía nhận H: phải có nguyên tử F, O hoặc N còn cặp electron tự do để “đón” H.
Chữ “tạo được liên kết hydrogen với chính nó” đòi hỏi phân tử vừa cho vừa nhận. Nếu phân tử chỉ có phần nhận (như ete, anđehit, xeton) thì chúng chỉ tạo được liên kết hydrogen với nước, chứ không tạo giữa các phân tử cùng loại.
Bảng phân loại các chất thường gặp
| Chất | Có H gắn F/O/N? | Tạo liên kết hydrogen giữa các phân tử? |
|---|---|---|
| H2O | Có (H–O) | Có |
| NH3 | Có (H–N) | Có |
| HF | Có (H–F) | Có |
| CH3OH, C2H5OH | Có (H–O) | Có |
| CH3COOH | Có (H–O) | Có |
| CH4 | Không (chỉ C–H) | Không |
| CH3OCH3 | Không (H chỉ gắn C) | Không |
| HCHO | Không (H gắn C) | Không |
| HCl, H2S | Gắn Cl, S | Không đáng kể |
Vì sao HCl, H2S không được tính?
Clo có độ âm điện khá lớn nhưng bán kính nguyên tử to, mật độ điện tích âm thấp nên lực hút với H của phân tử bên cạnh rất yếu. Lưu huỳnh cũng vậy. Đó là lý do ở chương trình phổ thông ta chỉ xét F, O, N.
Bằng chứng thực nghiệm: nhiệt độ sôi
- H2O sôi ở 100 °C, trong khi H2S (khối lượng phân tử lớn hơn) sôi ở khoảng −60 °C.
- C2H5OH sôi ở khoảng 78 °C, còn đồng phân CH3OCH3 sôi ở khoảng −24 °C.
- NH3 sôi ở khoảng −33 °C, cao hơn nhiều so với PH3 (khoảng −88 °C).
Cùng khối lượng phân tử mà chất nào có liên kết hydrogen thì nhiệt độ sôi cao hơn hẳn, đó là cách em kiểm tra ngược đáp án.
Mẹo làm nhanh trắc nghiệm
- Vẽ nhanh công thức cấu tạo, tìm các nhóm –OH, –NH2, –NH–, –COOH, H–F.
- Thấy H chỉ gắn với C thì gạch ngay.
- Gặp cặp đồng phân (ancol và ete), chọn ancol.
Lỗi sai thường gặp
- Cho rằng liên kết hydrogen nằm trong phân tử H2O, thực ra nó nằm giữa các phân tử.
- Nhầm liên kết hydrogen là liên kết hoá học thực sự mạnh như liên kết cộng hoá trị.
- Nghĩ anđehit hay xeton tạo liên kết hydrogen với nhau vì có nhóm C=O.
Luyện tập có đáp án
- Trong các chất CH4, C2H5OH, HCHO, CH3COOH, CH3OCH3, chất nào tạo liên kết hydrogen liên phân tử? Đáp án: C2H5OH và CH3COOH.
- Giải thích vì sao etanol tan vô hạn trong nước. Đáp án: nhóm –OH của etanol tạo liên kết hydrogen với phân tử nước.
- Vì sao nước đá nổi trên mặt nước lỏng? Đáp án: trong nước đá, mỗi phân tử liên kết hydrogen với bốn phân tử khác tạo mạng rỗng nên khối lượng riêng nhỏ hơn nước lỏng.
Câu hỏi thường gặp
Điều kiện để hai phân tử tạo được liên kết hydrogen với nhau là gì?
Phân tử phải có H liên kết trực tiếp với F, O hoặc N, đồng thời có nguyên tử F, O hoặc N còn cặp electron tự do để nhận H của phân tử bên cạnh.
CH3OCH3 có tạo liên kết hydrogen không?
Giữa các phân tử CH3OCH3 thì không, vì H chỉ gắn với C. Tuy nhiên nguyên tử O của nó có thể nhận liên kết hydrogen từ nước.
Liên kết hydrogen ảnh hưởng thế nào đến tính chất vật lí?
Làm tăng nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy và độ tan trong nước của chất, ví dụ nước, etanol, axit axetic.
HCl có tạo liên kết hydrogen không?
Không đáng kể, vì Cl có bán kính lớn nên lực hút giữa H và Cl của phân tử khác rất yếu; chương trình phổ thông chỉ xét F, O, N.