Trả lời nhanh
Trong HCl, O2 và N2, các nguyên tử cùng là phi kim nên không nhường hẳn electron mà góp chung electron để đủ 8 electron lớp ngoài (H đủ 2). HCl: 1 cặp chung (liên kết đơn, phân cực). O2: 2 cặp chung (liên kết đôi, không cực). N2: 3 cặp chung (liên kết ba, không cực).
Nguyên tắc chung: góp chung electron để đạt cấu hình khí hiếm
Nguyên tử của các khí hiếm có lớp ngoài cùng bền (8 electron, riêng heli là 2). Các nguyên tử khác có xu hướng đạt cấu hình đó khi liên kết, gọi là quy tắc octet.
Hai nguyên tử phi kim đều có xu hướng nhận electron, không nguyên tử nào chịu nhường. Cách duy nhất là mỗi nguyên tử góp electron tạo thành các cặp electron dùng chung. Liên kết hình thành theo cách này là liên kết cộng hoá trị.
Mẹo tính nhanh với phi kim nhóm VA, VIA, VIIA: số cặp electron dùng chung giữa hai nguyên tử giống nhau = 8 − số electron lớp ngoài cùng. Cl có 7 e nên 1 cặp, O có 6 e nên 2 cặp, N có 5 e nên 3 cặp.
Bảng tóm tắt
| Phân tử | Cấu hình electron lớp ngoài | Mỗi nguyên tử cần thêm | Số cặp chung | Liên kết |
|---|---|---|---|---|
| HCl | H: 1s1; Cl: 3s23p5 | H cần 1 e; Cl cần 1 e | 1 | Đơn, phân cực |
| O2 | O: 2s22p4 | mỗi O cần 2 e | 2 | Đôi, không cực |
| N2 | N: 2s22p3 | mỗi N cần 3 e | 3 | Ba, không cực |
Giải thích từng phân tử
1. Phân tử HCl
- Nguyên tử H (Z = 1) có 1 electron, cần thêm 1 electron để giống heli (2 e).
- Nguyên tử Cl (Z = 17) có cấu hình 1s22s22p63s23p5, lớp ngoài 7 e, cần thêm 1 electron để giống agon (8 e).
- H và Cl mỗi nguyên tử góp 1 electron tạo 1 cặp electron chung: H–Cl.
Kết quả: H có 2 e, Cl có 8 e (1 cặp chung + 3 cặp riêng). Độ âm điện của Cl (3,16) lớn hơn H (2,20) nên cặp electron chung lệch về phía Cl. Cl mang điện tích âm một phần (δ−), H mang δ+. Đây là liên kết cộng hoá trị phân cực, không phải liên kết ion vì electron chưa chuyển hẳn sang Cl.
2. Phân tử O2
- Nguyên tử O (Z = 8) có cấu hình 1s22s22p4, lớp ngoài 6 e, cần thêm 2 e để giống neon.
- Mỗi nguyên tử O góp 2 electron, tạo 2 cặp electron chung: O=O.
Mỗi O có 2 cặp chung và 2 cặp riêng, đủ 8 e. Hai nguyên tử giống nhau, độ âm điện bằng nhau nên các cặp electron chung nằm đúng giữa hai hạt nhân: liên kết đôi không phân cực.
3. Phân tử N2
- Nguyên tử N (Z = 7) có cấu hình 1s22s22p3, lớp ngoài 5 e, cần thêm 3 e.
- Mỗi nguyên tử N góp 3 electron, tạo 3 cặp electron chung: N≡N.
Mỗi N có 3 cặp chung và 1 cặp riêng, đủ 8 e. Liên kết ba cũng không phân cực vì hai nguyên tử giống nhau.
Vì sao N2 trơ còn O2 hoạt động hơn?
Càng nhiều cặp electron chung, liên kết càng bền và càng ngắn. Năng lượng liên kết khoảng: N≡N ≈ 945 kJ/mol, O=O ≈ 498 kJ/mol, H–Cl ≈ 431 kJ/mol. Muốn phá vỡ phân tử N2 phải cung cấp rất nhiều năng lượng nên nitrogen khá trơ ở điều kiện thường, chỉ phản ứng mạnh khi đun nóng cao hoặc có tia lửa điện.
Lỗi sai thường gặp
- Cho HCl là liên kết ion. Cả H và Cl đều là phi kim, hiệu độ âm điện chưa đủ lớn để electron chuyển hẳn; đúng là liên kết cộng hoá trị phân cực.
- Quên các cặp electron riêng khi viết công thức electron (Cl có 3 cặp riêng, O có 2, N có 1).
- Áp dụng octet cho H. H chỉ cần 2 electron.
- Nhầm “không phân cực” với “không có liên kết”. O2, N2 vẫn có liên kết cộng hoá trị, chỉ là cặp electron không bị lệch.
Bài luyện tập
- Giải thích sự hình thành liên kết trong phân tử Cl2.
Đáp án: mỗi Cl có 7 e lớp ngoài, cần thêm 1 e; hai nguyên tử góp chung 1 cặp electron: Cl–Cl, liên kết đơn không phân cực; mỗi Cl còn 3 cặp electron riêng. - Trong HF, cặp electron chung lệch về nguyên tử nào? Vì sao?
Đáp án: lệch về F, vì F có độ âm điện (3,98) lớn hơn H (2,20); liên kết H–F là liên kết cộng hoá trị phân cực, F có 1 cặp chung và 3 cặp riêng. - So sánh độ bền liên kết N≡N và O=O, từ đó giải thích vì sao N2 trơ hơn O2.
Đáp án: N≡N có 3 cặp chung, năng lượng liên kết (~945 kJ/mol) lớn hơn O=O (~498 kJ/mol) nên N2 bền hơn, khó bị phá vỡ hơn.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao liên kết trong HCl là cộng hoá trị phân cực mà không phải liên kết ion?
Vì H và Cl đều là phi kim, chúng góp chung một cặp electron chứ không nhường nhận hẳn. Độ âm điện của Cl lớn hơn H nên cặp electron lệch về Cl, tạo liên kết phân cực.
Vì sao phân tử O2 và N2 không phân cực?
Hai nguyên tử trong phân tử giống nhau nên độ âm điện bằng nhau, các cặp electron chung nằm đều giữa hai hạt nhân, không bị lệch về phía nào.
Làm sao biết nhanh số cặp electron dùng chung giữa hai nguyên tử phi kim giống nhau?
Lấy 8 trừ số electron lớp ngoài cùng của nguyên tử. Ví dụ N có 5 e nên có 8 − 5 = 3 cặp chung (N≡N), O có 6 e nên 2 cặp (O=O), Cl có 7 e nên 1 cặp (Cl–Cl).
Vì sao khí nitrogen trơ ở điều kiện thường?
Phân tử N2 có liên kết ba N≡N rất bền (năng lượng khoảng 945 kJ/mol), cần nhiều năng lượng để phá vỡ nên N2 ít tham gia phản ứng ở nhiệt độ thường.