So sánh độ dài liên kết và năng lượng liên kết

Trả lời nhanh

Với các liên kết cùng loại nguyên tử, độ dài liên kết càng ngắn thì năng lượng liên kết càng lớn, tức liên kết càng bền, càng khó bị phá vỡ. Nguyên nhân là hai hạt nhân càng gần nhau thì cặp electron chung càng bị giữ chặt. Vì vậy cần nhiều năng lượng hơn để tách hai nguyên tử ra.

Hai đại lượng này là gì?

Độ dài liên kết: khoảng cách giữa hai hạt nhân của hai nguyên tử liên kết với nhau. Đơn vị thường dùng là pm hoặc nm (1 nm = 1000 pm).
Năng lượng liên kết: năng lượng cần cung cấp để phá vỡ 1 mol liên kết đó ở thể khí, tạo thành các nguyên tử riêng rẽ. Đơn vị là kJ/mol.

Hai đại lượng này đều cho biết độ bền của liên kết, nhưng nhìn từ hai phía. Độ dài cho biết hai nguyên tử “đứng gần nhau” đến mức nào. Năng lượng cho biết phải “tốn sức” bao nhiêu để kéo chúng ra.

Bảng số liệu để nhận xét

Số liệu dưới đây là giá trị trung bình thường gặp, mỗi sách có thể làm tròn hơi khác nhau. Điều quan trọng là xu hướng.

Bảng 1. Các hydrogen halide (H–X)

Liên kết	Độ dài (pm)	Năng lượng (kJ/mol)
H–F	92	565
H–Cl	127	431
H–Br	141	364
H–I	161	297

Nhận xét: đi từ HF đến HI, bán kính nguyên tử halogen tăng nên độ dài liên kết tăng (92 → 161 pm). Đồng thời năng lượng liên kết giảm (565 → 297 kJ/mol). Do đó HF bền nhất, HI kém bền nhất.

Bảng 2. Liên kết giữa hai nguyên tử carbon

Liên kết	Độ dài (pm)	Năng lượng (kJ/mol)
C–C (đơn)	154	346
C=C (đôi)	134	614
C≡C (ba)	120	839

Nhận xét: số cặp electron dùng chung càng nhiều thì hai nguyên tử bị kéo lại càng gần. Độ dài giảm 154 → 134 → 120 pm, còn năng lượng tăng 346 → 614 → 839 kJ/mol.

Kết luận về mối tương quan

Độ dài liên kết và năng lượng liên kết tỉ lệ nghịch với nhau trong các dãy liên kết tương tự.
Độ dài ngắn → năng lượng lớn → liên kết bền → phân tử khó bị phân huỷ.
Độ dài dài → năng lượng nhỏ → liên kết kém bền → phân tử dễ tham gia phản ứng.

Giải thích vì sao

Liên kết cộng hoá trị hình thành nhờ lực hút giữa hạt nhân và cặp electron chung. Khoảng cách giữa các hạt nhân càng nhỏ thì vùng electron chung nằm càng sát hai hạt nhân, lực hút càng mạnh. Muốn tách hai nguyên tử phải thắng lực hút này nên cần năng lượng lớn.

Trong nhóm halogen, từ F đến I, số lớp electron tăng, nguyên tử to dần. Cặp electron chung ở xa hạt nhân hơn nên liên kết dài và yếu hơn. Ở liên kết đôi, liên kết ba có thêm cặp electron chung nên lực hút tổng cộng tăng, kéo hai nguyên tử lại gần hơn.

Ứng dụng: dự đoán tính chất

Tính acid của hydrohalic acid: HI có liên kết H–I dài và yếu nhất nên dễ phân li ra H⁺. Vì vậy tính acid tăng theo dãy HF < HCl < HBr < HI.
Độ bền nhiệt: HI bị nhiệt phân dễ nhất, còn HF rất bền với nhiệt.
Khí N₂ trơ ở điều kiện thường: liên kết ba N≡N rất ngắn (khoảng 110 pm) và có năng lượng rất lớn (khoảng 945 kJ/mol).

Lỗi sai và ngoại lệ cần nhớ

Chỉ so sánh trong các liên kết cùng loại. Không thể lấy độ dài của H–F so với C–C rồi kết luận về độ bền.
Ngoại lệ F–F. Liên kết F–F rất ngắn (khoảng 142 pm) nhưng năng lượng chỉ khoảng 159 kJ/mol, thấp hơn Cl–Cl (khoảng 243 kJ/mol). Lý do là nguyên tử F rất nhỏ nên các cặp electron không liên kết ở hai nguyên tử đẩy nhau mạnh, làm yếu liên kết. Vì thế F₂ rất hoạt động.
Đừng nhầm “năng lượng liên kết lớn” với “dễ phá vỡ”. Năng lượng lớn nghĩa là khó phá vỡ.

Mẹo nhớ

Hãy hình dung hai người nắm tay nhau. Nắm càng sát (khoảng cách ngắn) thì càng khó giằng ra (năng lượng lớn). Ở nhóm halogen, “nguyên tử càng to thì tay càng với xa, càng dễ buông”.

Bài luyện tập

Bài 1. Sắp xếp các liên kết C–C, C=C, C≡C theo thứ tự độ bền tăng dần và giải thích ngắn gọn.

Đáp án: C–C < C=C < C≡C. Số cặp electron chung tăng nên độ dài giảm (154 → 134 → 120 pm) và năng lượng tăng (346 → 614 → 839 kJ/mol).

Bài 2. Biết độ dài liên kết Cl–Cl nhỏ hơn Br–Br và I–I. Hãy dự đoán chiều biến đổi năng lượng liên kết của ba phân tử Cl₂, Br₂, I₂.

Đáp án: Năng lượng giảm dần theo dãy Cl₂ > Br₂ > I₂ (khoảng 243, 193, 151 kJ/mol). Liên kết ngắn hơn thì bền hơn.

Bài 3. Vì sao HF bền nhiệt hơn HCl?

Đáp án: Liên kết H–F ngắn hơn (92 pm so với 127 pm) nên năng lượng liên kết lớn hơn (565 so với 431 kJ/mol), do đó khó bị phá vỡ hơn.

Câu hỏi thường gặp

Độ dài liên kết và năng lượng liên kết có quan hệ thế nào?

Trong các liên kết cùng loại, độ dài liên kết càng ngắn thì năng lượng liên kết càng lớn và liên kết càng bền. Hai đại lượng này biến thiên ngược chiều nhau.

Vì sao liên kết ba bền hơn liên kết đơn?

Liên kết ba có ba cặp electron chung nên kéo hai hạt nhân lại gần hơn, độ dài ngắn hơn và cần nhiều năng lượng hơn để phá vỡ.

Vì sao liên kết F–F ngắn mà lại kém bền?

Nguyên tử F rất nhỏ nên các cặp electron không liên kết của hai nguyên tử đẩy nhau mạnh, làm yếu liên kết. Đây là ngoại lệ so với xu hướng chung.

Năng lượng liên kết tính theo đơn vị nào?

Năng lượng liên kết thường tính bằng kJ/mol, ứng với việc phá vỡ 1 mol liên kết ở thể khí.