Trả lời nhanh
Muối ăn NaCl là hợp chất ion, tồn tại ở dạng tinh thể gồm các ion Na+ và Cl– xếp luân phiên. Lực hút tĩnh điện giữa các ion trái dấu rất mạnh nên cần nhiều năng lượng để phá mạng tinh thể, vì vậy NaCl nóng chảy ở khoảng 801°C. Hợp chất ion chỉ dẫn điện khi nóng chảy hoặc khi hoà tan trong nước, vì lúc đó các ion di chuyển tự do.
1. Muối ăn được cấu tạo như thế nào?
Natri (kim loại điển hình) nhường 1 electron tạo ion Na+. Clo (phi kim điển hình) nhận 1 electron tạo ion Cl–. Hai ion trái dấu hút nhau bằng lực hút tĩnh điện, đó chính là liên kết ion.
Ở trạng thái rắn, NaCl không tồn tại thành “phân tử NaCl” riêng lẻ. Các ion xếp đều đặn thành một mạng tinh thể ion: mỗi ion Na+ được bao quanh bởi 6 ion Cl– gần nhất và ngược lại.
2. Giải thích vì sao NaCl có nhiệt độ nóng chảy cao
- Lực hút tĩnh điện mạnh. Lực này tỉ lệ thuận với tích độ lớn điện tích của hai ion và giảm khi khoảng cách giữa chúng tăng. Ion mang điện tích thật (±1) nên lực hút lớn hơn nhiều so với lực hút yếu giữa các phân tử trung hoà.
- Lực hút lan toả khắp tinh thể. Mỗi ion không chỉ hút một ion bên cạnh mà hút nhiều ion trái dấu xung quanh, lại bị các ion cùng dấu đẩy ra xa theo kiểu xen kẽ, nên toàn bộ mạng rất bền vững.
- Muốn nóng chảy phải phá mạng tinh thể. Khi nung, các ion chỉ dao động quanh vị trí cân bằng. Phải cung cấp rất nhiều nhiệt để dao động đủ mạnh làm mạng sụp đổ, tức là phải lên tới khoảng 801°C.
Cũng vì lẽ đó, các hợp chất ion thường khó bay hơi (NaCl sôi ở khoảng 1413°C) và cứng nhưng giòn: khi bị đập, các lớp ion trượt lệch nhau làm ion cùng dấu đối diện nhau, đẩy nhau và tinh thể vỡ.
3. So sánh để thấy rõ vai trò của liên kết
| Chất | Loại tinh thể / liên kết | Nhiệt độ nóng chảy (gần đúng) |
|---|---|---|
| Nước đá H2O | Phân tử, lực liên phân tử yếu (có liên kết hydrogen) | 0°C |
| NaCl | Ion, điện tích ±1 | 801°C |
| MgO | Ion, điện tích ±2 | khoảng 2850°C |
MgO có ion mang điện tích ±2 và bán kính ion nhỏ hơn nên lực hút mạnh hơn NaCl rất nhiều, nhiệt độ nóng chảy cũng cao hơn hẳn. Đây là mẹo nhớ: điện tích ion càng lớn, ion càng nhỏ → liên kết ion càng mạnh → nóng chảy càng cao.
4. Hợp chất ion dẫn điện trong trường hợp nào?
Một chất dẫn điện khi có hạt mang điện tự do di chuyển thành dòng. Với hợp chất ion:
- Ở trạng thái rắn: không dẫn điện. Các ion bị giữ chặt ở nút mạng, không di chuyển được.
- Khi nóng chảy: dẫn điện. Mạng tinh thể bị phá vỡ, ion Na+ và Cl– chuyển động tự do.
- Khi hoà tan trong nước: dẫn điện. Phân tử nước phân cực kéo các ion ra khỏi mạng tinh thể, tạo ion tự do trong dung dịch.
Điện phân NaCl nóng chảy minh hoạ rõ việc ion di chuyển về hai điện cực:
2NaCl (nóng chảy) → 2Na + Cl2 (điều kiện: điện phân nóng chảy; sinh kim loại Na ở cực âm, khí Cl2 màu vàng lục ở cực dương).
Còn với dung dịch NaCl, nước cũng tham gia điện phân:
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2 (điện phân dung dịch có màng ngăn; khí H2 thoát ở cực âm, khí Cl2 thoát ở cực dương).
5. Lỗi sai thường gặp
- Viết “phân tử NaCl” khi nói về tinh thể rắn. Đúng ra NaCl chỉ là công thức đơn giản nhất thể hiện tỉ lệ ion 1 : 1.
- Cho rằng muối rắn dẫn điện vì “có ion”. Có ion nhưng ion không tự do thì vẫn không dẫn điện.
- Nhầm “nước muối dẫn điện vì có electron tự do”. Dòng điện trong dung dịch do ion chuyển động, không phải electron tự do như ở kim loại.
- Giải thích nóng chảy cao bằng “liên kết giữa nguyên tử Na và Cl bền”. Cần nhấn mạnh lực hút tĩnh điện giữa các ion trong cả mạng tinh thể.
6. Bài luyện tập
Câu 1. Vì sao khi đập một tinh thể muối thì nó vỡ vụn thay vì bị biến dạng như đồng?
Đáp án: Khi các lớp ion trượt lệch, các ion cùng dấu nằm đối diện và đẩy nhau nên tinh thể nứt vỡ. Kim loại có electron tự do “gắn kết” các lớp nên chúng trượt mà không vỡ.
Câu 2. Dãy sắp xếp nào đúng theo chiều nhiệt độ nóng chảy tăng dần: NaCl, MgO, H2O?
Đáp án: H2O < NaCl < MgO. Nước là chất phân tử, lực yếu; NaCl có ion ±1; MgO có ion ±2.
Câu 3. Thanh NaCl rắn nối vào mạch điện có bóng đèn thì đèn không sáng. Làm thế nào để đèn sáng mà vẫn dùng NaCl?
Đáp án: Hoà tan NaCl vào nước (hoặc nung nóng chảy ở trên 801°C) để các ion Na+, Cl– chuyển động tự do, khi đó mạch dẫn điện và đèn sáng.
Câu hỏi thường gặp
Nhiệt độ nóng chảy của muối ăn là bao nhiêu?
NaCl nóng chảy ở khoảng 801°C và sôi ở khoảng 1413°C. Nhiệt độ cao vì phải phá vỡ lực hút tĩnh điện mạnh giữa các ion trong mạng tinh thể.
Vì sao muối ăn rắn không dẫn điện nhưng nước muối lại dẫn điện?
Trong muối rắn các ion bị giữ cố định ở nút mạng nên không di chuyển. Khi tan trong nước, các ion tách ra và chuyển động tự do nên dung dịch dẫn điện.
Hợp chất ion dẫn điện trong những trường hợp nào?
Khi ở trạng thái nóng chảy và khi hoà tan trong nước. Ở trạng thái rắn khan, hợp chất ion không dẫn điện.
Vì sao MgO nóng chảy cao hơn NaCl?
Ion Mg²⁺ và O²⁻ mang điện tích ±2 và có kích thước nhỏ nên lực hút tĩnh điện mạnh hơn lực hút giữa Na⁺ và Cl⁻ (±1), do đó cần nhiều năng lượng hơn để phá mạng tinh thể.