Các liên kết trong phân tử oxygen gồm những loại nào? Giải thích O=O

Vì sao O₂ có liên kết đôi?

Nguyên tử oxygen (Z = 8) có cấu hình electron 1s²2s²2p⁴, tức 6 electron ở lớp ngoài cùng. Theo quy tắc octet, nguyên tử có xu hướng đạt 8 electron ở lớp ngoài cùng, nên oxygen cần thêm 2 electron.

Khi hai nguyên tử O kết hợp với nhau, mỗi nguyên tử góp 2 electron để tạo ra 2 cặp electron dùng chung. Hai cặp electron chung này tạo thành liên kết đôi. Sau khi góp chung, mỗi nguyên tử O có thêm 2 cặp electron chưa tham gia liên kết (cặp electron riêng) nên vừa đủ 8 electron.

Trong công thức electron của O₂, giữa hai nguyên tử có hai cặp electron chung và mỗi nguyên tử O còn 2 cặp electron riêng; công thức cấu tạo viết gọn là O=O.

Liên kết σ và liên kết π khác nhau thế nào?

• Liên kết σ (xích ma): hình thành do hai orbital xen phủ trục (xen phủ đầu – đầu), nằm trên đường nối hai hạt nhân. Liên kết σ bền, có mặt trong mọi liên kết đơn, đôi, ba.
• Liên kết π (pi): hình thành do hai orbital p song song xen phủ bên, vùng xen phủ nằm hai phía của đường nối hai hạt nhân. Liên kết π kém bền hơn σ.

Trong liên kết đôi O=O, một liên kết là σ (xen phủ trục của hai orbital 2p), liên kết còn lại là π (xen phủ bên của hai orbital 2p song song).

Đặc điểm của liên kết trong O₂

• Là liên kết cộng hoá trị không phân cực, vì hai nguyên tử cùng một nguyên tố nên hiệu độ âm điện bằng 0 và cặp electron chung không lệch về phía nào.
• Độ dài liên kết ngắn hơn liên kết đơn giữa hai nguyên tử oxygen (khoảng 121 pm) và năng lượng liên kết lớn (khoảng 498 kJ/mol).
• Phân tử O₂ khá bền nên ở điều kiện thường oxygen là chất khí, không màu, và chỉ phản ứng mạnh khi đun nóng hoặc có chất xúc tác.

So sánh với một số phân tử khác

Quy tắc chung: liên kết đơn có 1 σ; liên kết đôi có 1 σ và 1 π; liên kết ba có 1 σ và 2 π. Như vậy, nếu đề cho các phương án về số liên kết σ và π của O₂, em chỉ cần chọn phương án ứng với đúng một liên kết đôi.

Mẹo nhớ và lỗi sai thường gặp

• Nhớ «đôi = 1σ + 1π, ba = 1σ + 2π». Luôn chỉ có một σ trong mỗi liên kết giữa hai nguyên tử.
• Không nhầm liên kết đôi O=O với «hai liên kết σ». Hai cặp electron chung không đồng nghĩa với hai liên kết σ.
• Không viết O₂ có liên kết ion, vì hai nguyên tử cùng loại không cho – nhận electron mà góp chung.
• Không đếm cặp electron riêng là liên kết.

Luyện tập

1. Câu 1. Phân tử N₂ có bao nhiêu liên kết σ và π? Đáp án: Liên kết ba N≡N gồm 1 σ và 2 π.
2. Câu 2. Vì sao phân tử O₂ không phân cực? Đáp án: Hai nguyên tử giống nhau nên độ âm điện bằng nhau, cặp electron chung không bị lệch.
3. Câu 3. Tổng số liên kết σ và π trong phân tử CO₂ là bao nhiêu? Đáp án: 4 liên kết, gồm 2 σ và 2 π.