Cách tính độ âm điện và hiệu độ âm điện để xác định loại liên kết

1. Độ âm điện là gì? Có “tính” được không?

Độ âm điện (kí hiệu χ, đọc là “khi”) cho biết khả năng một nguyên tử hút cặp electron liên kết về phía mình. Nguyên tử nào có χ càng lớn thì kéo electron dùng chung về phía nó càng mạnh.

Nhiều bạn tìm “cách tính độ âm điện” vì nghĩ phải dùng công thức nào đó để ra χ. Trong chương trình Hóa học 10, độ âm điện là đại lượng tra bảng. Nhà hóa học Linus Pauling đã xây dựng thang đo này từ năng lượng liên kết, và đề thi thường cho sẵn giá trị. Việc của các em là đọc đúng giá trị, tính hiệu Δχ rồi kết luận loại liên kết.

Quy luật biến đổi độ âm điện trong bảng tuần hoàn

• Trong một chu kì, đi từ trái sang phải: điện tích hạt nhân tăng, bán kính giảm nên độ âm điện tăng.
• Trong một nhóm A, đi từ trên xuống dưới: bán kính tăng nhanh nên độ âm điện giảm.
• Fluorine (F) có độ âm điện lớn nhất (3,98). Các kim loại kiềm ở góc dưới bên trái như K, Cs có độ âm điện rất nhỏ.

Mẹo nhớ: độ âm điện “leo lên góc trên bên phải” của bảng tuần hoàn, không tính khí hiếm. Kim loại thường có χ nhỏ (dưới khoảng 2), phi kim thường có χ lớn.

2. Bảng độ âm điện (thang Pauling) của các nguyên tố hay gặp

Nguyên tố	χ	Nguyên tố	χ	Nguyên tố	χ
H	2,20	Na	0,93	K	0,82
Li	0,98	Mg	1,31	Ca	1,00
Be	1,57	Al	1,61	Br	2,96
B	2,04	Si	1,90	I	2,66
C	2,55	P	2,19	S	2,58
N	3,04	Cl	3,16	O	3,44
F	3,98	Giá trị lớn nhất trong bảng tuần hoàn

Các em nên thuộc vài giá trị “mốc”: H 2,20; C 2,55; N 3,04; O 3,44; F 3,98; Cl 3,16; Na 0,93. Thuộc mấy giá trị này là đủ làm phần lớn bài tập trắc nghiệm.

3. Công thức tính hiệu độ âm điện

Với liên kết giữa hai nguyên tử A và B:

Δχ = |χ_A − χ_B|

Lấy trị tuyệt đối nên Δχ luôn ≥ 0. Cách làm thực tế là lấy độ âm điện lớn trừ độ âm điện nhỏ. Từ Δχ ta phân loại liên kết như sau:

Hiệu độ âm điện Δχ	Loại liên kết	Đặc điểm cặp electron
0 ≤ Δχ < 0,4	Cộng hóa trị không cực	Dùng chung, không lệch hoặc lệch rất ít
0,4 ≤ Δχ < 1,7	Cộng hóa trị có cực	Dùng chung, lệch về nguyên tử có χ lớn hơn
Δχ ≥ 1,7	Liên kết ion	Electron gần như chuyển hẳn sang nguyên tử có χ lớn, tạo ion trái dấu

Vì sao lại chia như vậy? Liên kết hóa học không chia thành các ô riêng biệt mà biến đổi liên tục. Hiệu độ âm điện càng lớn thì cặp electron càng bị kéo lệch, liên kết càng mang nhiều “tính ion”. Hai mốc 0,4 và 1,7 là các ngưỡng quy ước để tiện phân loại, chứ không phải ranh giới tuyệt đối. Vì thế mới có các trường hợp ngoại lệ ở mục 5.

4. Các bước làm bài và ví dụ giải chi tiết

1. Xác định các cặp nguyên tử liên kết trực tiếp với nhau. Ví dụ trong CH₄ là liên kết C–H, không phải “C với 4H”.
2. Tra độ âm điện của từng nguyên tố.
3. Tính Δχ bằng cách lấy giá trị lớn trừ giá trị nhỏ.
4. So sánh với hai mốc 0,4 và 1,7 rồi kết luận. Nếu là liên kết có cực, nêu thêm cặp electron lệch về phía nguyên tử nào.

Ví dụ 1: Phân loại liên kết trong các chất

Chất	Liên kết	Phép tính Δχ	Kết luận
Cl2	Cl–Cl	3,16 − 3,16 = 0	Cộng hóa trị không cực
CH4	C–H	2,55 − 2,20 = 0,35	Cộng hóa trị không cực
NH3	N–H	3,04 − 2,20 = 0,84	Cộng hóa trị có cực, lệch về N
HCl	H–Cl	3,16 − 2,20 = 0,96	Cộng hóa trị có cực, lệch về Cl
H2O	O–H	3,44 − 2,20 = 1,24	Cộng hóa trị có cực, lệch về O
MgO	Mg–O	3,44 − 1,31 = 2,13	Liên kết ion
NaCl	Na–Cl	3,16 − 0,93 = 2,23	Liên kết ion
KF	K–F	3,98 − 0,82 = 3,16	Liên kết ion

Ví dụ 2: So sánh độ phân cực của liên kết

Đề: Sắp xếp các liên kết sau theo độ phân cực tăng dần: N–H, O–H, C–H, F–H.

Giải: Tính Δχ của từng liên kết:

• C–H: 2,55 − 2,20 = 0,35
• N–H: 3,04 − 2,20 = 0,84
• O–H: 3,44 − 2,20 = 1,24
• F–H: 3,98 − 2,20 = 1,78

Δχ càng lớn thì liên kết càng phân cực. Thứ tự tăng dần là: C–H < N–H < O–H < F–H. Có một cách kiểm tra nhanh: C, N, O, F cùng chu kì 2 nên độ âm điện tăng dần từ trái sang phải, do đó độ phân cực khi liên kết với cùng nguyên tử H cũng tăng theo.

Ví dụ 3: Bài cho số hiệu nguyên tử

Đề: X có Z = 19, Y có Z = 17. Hợp chất tạo bởi X và Y có liên kết gì?

Giải: Z = 19 là K (1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹), Z = 17 là Cl. Hợp chất là KCl, có Δχ = 3,16 − 0,82 = 2,34 ≥ 1,7, nên đây là liên kết ion. Khi hình thành liên kết, K nhường 1 electron thành K⁺, còn Cl nhận 1 electron thành Cl⁻.

5. Những trường hợp “bẫy” cần lưu ý

• HF: Δχ = 1,78, lớn hơn 1,7 một chút, nhưng HF là hợp chất cộng hóa trị có cực chứ không phải hợp chất ion. Lí do là hai phi kim liên kết với nhau thì không tạo được tinh thể ion. Ví dụ này cho thấy mốc 1,7 chỉ là quy ước gần đúng.
• AlCl₃: Δχ = 3,16 − 1,61 = 1,55 < 1,7, nên theo hiệu độ âm điện đây là liên kết cộng hóa trị có cực, dù được tạo bởi kim loại và phi kim. Nhiều bạn thấy “kim loại + phi kim” là kết luận ngay liên kết ion nên chọn sai.
• H₂S: Δχ = 2,58 − 2,20 = 0,38 < 0,4, nên liên kết S–H được xếp vào loại cộng hóa trị không cực. Đây là giá trị sát ngưỡng, các em cần tính cẩn thận đến hai chữ số thập phân.
• Liên kết phân cực nhưng phân tử không phân cực: trong CO₂, liên kết C=O có Δχ = 3,44 − 2,55 = 0,89 nên là liên kết có cực. Tuy nhiên phân tử CO₂ thẳng hàng (O=C=O), hai liên kết phân cực ngược chiều triệt tiêu nhau nên phân tử không phân cực. Các em cần đọc kĩ đề hỏi về liên kết hay về phân tử.

6. Lỗi sai thường gặp khi tính hiệu độ âm điện

1. Nhân Δχ với chỉ số nguyên tử. Ví dụ với CH₄, có bạn lấy 4 × 2,20 rồi trừ cho 2,55. Đây là cách làm sai. Hiệu độ âm điện luôn tính cho từng liên kết giữa hai nguyên tử.
2. Ra số âm. Nếu lấy nhỏ trừ lớn, các em nhớ lấy trị tuyệt đối.
3. Nhầm dấu ở ngưỡng. Δχ = 0,4 thuộc nhóm có cực, Δχ = 1,7 thuộc nhóm ion. Hai mốc này đều được tính về phía bên phải.
4. Nhớ sai giá trị. Hay gặp nhất là nhầm χ của N với O, hoặc của Cl với Br. Hãy dựa vào quy luật: trong cùng nhóm, nguyên tố ở trên có χ lớn hơn (Cl > Br > I).

7. Mở rộng: phần trăm tính ion của liên kết (tham khảo)

Pauling đề xuất công thức ước lượng phần trăm tính ion của một liên kết:

% tính ion ≈ [1 − e^−(Δχ)2/4] × 100%

Áp dụng cho NaCl với Δχ = 2,23: (2,23)²/4 ≈ 1,243, e^−1,243 ≈ 0,289, nên tính ion vào khoảng 71%. Kết quả này cho thấy ngay cả “liên kết ion điển hình” cũng không phải ion 100%. Phần này nằm ngoài yêu cầu bắt buộc của chương trình, các em đọc để hiểu sâu hơn bản chất của các ngưỡng phân loại.

8. Bài tập luyện tập có đáp án

Bài 1. Cho biết loại liên kết trong các chất: N₂, PH₃, Li₃N, CaCl₂.

Xem đáp án

• N₂: Δχ = 0, cộng hóa trị không cực.
• PH₃: Δχ = |2,19 − 2,20| = 0,01, cộng hóa trị không cực.
• Li₃N: Δχ = 3,04 − 0,98 = 2,06, liên kết ion.
• CaCl₂: Δχ = 3,16 − 1,00 = 2,16, liên kết ion.

Bài 2. Sắp xếp các liên kết H–F, H–Cl, H–Br, H–I theo độ phân cực giảm dần.

Xem đáp án

Δχ lần lượt là 1,78; 0,96; 0,76; 0,46. Thứ tự giảm dần: H–F > H–Cl > H–Br > H–I. Kết quả phù hợp với quy luật độ âm điện giảm dần từ F đến I trong nhóm VIIA.

Bài 3. Nguyên tố X thuộc chu kì 3, nhóm IIA; nguyên tố Y thuộc chu kì 2, nhóm VIA. Xác định công thức và loại liên kết trong hợp chất của X với Y.

Xem đáp án

X là Mg, Y là O, hợp chất là MgO. Δχ = 3,44 − 1,31 = 2,13 ≥ 1,7 nên đây là liên kết ion, gồm các ion Mg²⁺ và O²⁻.

9. Tóm tắt cần nhớ

• Độ âm điện tra theo bảng Pauling. Hiệu độ âm điện tính bằng Δχ = |χ_A − χ_B| cho từng liên kết.
• Hai mốc phân loại là 0,4 và 1,7: dưới 0,4 là không cực, từ 0,4 đến dưới 1,7 là có cực, từ 1,7 trở lên là ion.
• Δχ càng lớn thì liên kết càng phân cực, cặp electron lệch về nguyên tử có độ âm điện lớn hơn.
• Cần nhớ các ngoại lệ HF, AlCl₃ và phân biệt phân cực của liên kết với phân cực của phân tử.

Câu hỏi thường gặp

Độ âm điện có công thức tính không?

Ở chương trình Hóa học 10, độ âm điện được tra trong bảng Pauling, không tự tính ra. Thứ học sinh cần tính là hiệu độ âm điện Δχ = |χA − χB| để xác định loại liên kết.

Hiệu độ âm điện bằng 0,4 hoặc 1,7 thì là liên kết gì?

Δχ = 0,4 được xếp vào liên kết cộng hóa trị có cực. Δχ = 1,7 được xếp vào liên kết ion, vì cả hai ngưỡng đều được tính về phía nhóm bên phải.

Với phân tử có nhiều nguyên tử như CH4, H2O thì tính hiệu độ âm điện thế nào?

Ta tính cho từng liên kết giữa hai nguyên tử, ví dụ C–H hoặc O–H, và không nhân với chỉ số nguyên tử. Ví dụ liên kết O–H trong H2O có Δχ = 3,44 − 2,20 = 1,24, là liên kết cộng hóa trị có cực.

Vì sao HF có hiệu độ âm điện 1,78 mà vẫn là liên kết cộng hóa trị?

Mốc 1,7 chỉ là quy ước gần đúng. HF gồm hai phi kim, tồn tại ở dạng phân tử chứ không tạo tinh thể ion, nên được xếp vào hợp chất cộng hóa trị phân cực mạnh.

Bài học liên quan

• Công thức Lewis của CO2: cách vẽ từng bước, giải thích và bài tập
• Công thức electron của CO2, công thức Lewis và công thức cấu tạo
• Giải Hóa 10 Kết nối tri thức: mục lục 7 chương, trọng tâm và bài tập mẫu
• Công thức tính nguyên tử khối trung bình: cách dùng, 6 dạng bài và bài tập
• Công thức hydroxide cao nhất: cách viết và bảng chu kì 3
• Giải SBT Hóa 10 Kết nối tri thức: mục lục đủ 23 bài, 7 chương