Liên kết cộng hóa trị – Wikipedia tiếng Việt

Related Articles

” Cộng hóa trị ” đổi hướng tới đây. Đối với những định nghĩa khác, xem Cộng hóa trị ( khuynh hướng ) 2 hình thành (bên phải) nơi mà hai Một liên kết cộng hóa trị Hhình thành ( bên phải ) nơi mà hai nguyên tử hydro san sẻ hai electron

Liên kết cộng hóa trị, còn gọi là liên kết phân tử là một liên kết hóa học được hình thành bằng việc dùng chung một hay nhiều cặp electron giữa các nguyên tử. Những cặp electron này được gọi là cặp electron dùng chung, và sự cân bằng lực hút và lực đẩy giữa các nguyên tử trong khi chia sẻ các electron được gọi là liên kết cộng hóa trị.[1][cần nguồn tốt hơn] Với nhiều phân tử, việc dùng chung electron cho phép mỗi nguyên tử đạt được cấu hình electron bền vững.

Liên kết cộng hóa trị bao gồm nhiều loại liên kết, trong đó có liên kết σ, liên kết π, liên kết kim loại, liên kết agostic, liên kết cong, liên kết tam nhị.[2][3] Thuật ngữ liên kết cộng hóa trị bắt đầu được sử dụng vào năm 1939.[4] Tiền tố co- nghĩa là cùng nhau, liên kết trong hành động, ….; do vậy, bản chất của một “liên kết hóa trị” là các nguyên tử chia sẻ “hóa trị”, như đã từng được thảo luận trong thuyết liên kết hóa trị.

Trong phân tử H

2, nguyên tử hydro dùng chung hai electron thông qua liên kết cộng hóa trị.[5] Sự cộng hóa trị là mạnh nhất giữa các nguyên tử có độ âm điện tương đương nhau. Do đó, liên kết cộng hóa trị không nhất thiết phải xảy ra giữa hai nguyên tử của cùng một nguyên tố, chỉ cần độ âm điện của chúng có thể so sánh được. Liên kết cộng hóa trị mà yêu cầu dùng chung electron với nhiều hơn hai nguyên tử được cho là bị bất định xứ.

Thuật ngữ covalence đề cập tới liên kết được sử dụng lần đầu vào năm 1919 bởi Irving Langmuir trong một bài viết của Tạp chí Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ, tựa là “Sự sắp xếp của các điện tử trong các nguyên tử và phân tử”. Langmuir viết rằng “chúng ta sẽ biểu thị thuật ngữ convalence bằng số cặp electron mà một nguyên tử thường chia sẻ với nguyên tử cạnh nó.” (we shall denote by the term covalence the number of pairs of electrons that a given atom shares with its neighbors)

Ý tưởng về liên kết cộng hóa trị có thể đã được tìm ra từ vài năm trước. Vào năm 1916, Gilbert N. Lewis đã mô tả sự dùng chung các cặp electron giữa các nguyên tử.[6] Ông giới thiệu kí hiệu Lewis hoặc dấu chấm electron hay cấu trúc chấm Lewis, trong đó các electron hóa trị (ở lớp vỏ) được biểu diễn dưới dạng những nốt chấm xung quanh các kí hiệu nguyên tử. Các cặp electron nằm giữa các nguyên tử đại diện cho các liên kết cộng hóa trị. Nhiều cặp electron đại diện cho nhiều liên kết, như là các liên kết đôi và liên kết ba. Một cách biểu diễn thay thế, không được trình diễn ở đây, là biểu diễn các cặp electron tạo thành liên kết dưới dạng các gạch thẳng.

Lewis đề xuất rằng một nguyên tử tạo ra đủ các liên kết cộng hóa trị để lấp đầy (đóng kín) lớp vỏ ngoài cùng. Trong biểu đồ khí metan được trình diễn tại đây, nguyên tử cacbon có hóa trị bốn, do vậy được bao quanh bởi tám electron (quy tắc bát tử), bốn electron của chính nguyên tử cacbon và bốn electron từ các nguyên tử hydro đã liên kết với nó. Mỗi hydro có hóa trị một được bao quanh bởi hai electron (một quy tắc đôi) – một electron của chính nó cộng thêm một electron từ nguyên tử cacbon. Số lượng electron tương ứng với số lượng dùng để lấp đầy lớp vỏ ngoài theo thuyết lượng tử của nguyên tử; lớp ngoài cùng của một nguyên tử cacbon là n = 2, có thể chứa được tám electron, trong khi lớp ngoài cùng (và duy nhất) của một nguyên tử hydro là n = 1, chỉ chứa được 2 electron.

Trong khi ý tưởng sáng tạo về những cặp electron dùng chung phân phối một bức tranh định tính hiệu suất cao về liên kết cộng hóa trị, cần phải có cơ học lượng tử để hiểu được thực chất của những liên kết này và Dự kiến cấu trúc cũng như là đặc thù của những phân tử đơn thuần. Walter Heitler và Fritz London được ghi nhận là những người tiên phong lý giải thành công xuất sắc một liên kết hóa học ( phân tử hydro ) bằng cơ học lượng tử vào năm 1927. [ 7 ] Công trình của họ được dựa trên quy mô liên kết hóa trị, giả định rằng một liên kết hóa học được hình thành khi có sự chồng chéo tốt những obitan nguyên tử giữa những nguyên tử tham gia .

Các loại liên kết cộng hóa trị[sửa|sửa mã nguồn]

Các obitan nguyên tử ( trừ obitan s ) có những đặc thù xu thế đặc biệt quan trọng dẫn tới những loại liên kết khác nhau. Liên kết sigma ( σ ) là liên kết cộng hóa trị can đảm và mạnh mẽ nhất, do sự chồng chéo obitan của hai nguyên tử khác nhau. Một liên kết đơn thường là liên kết σ. Liên kết pi ( π ) thì yếu hơn và do sự chồng chéo của những obitan p ( hoặc d ). Một liên kết đôi giữa hai nguyên tử gồm một liên kết σ và một liên kết π, và một liên kết ba gồm một liên kết σ và hai liên kết π .Liên kết cộng hóa trị còn bị tác động ảnh hưởng bởi độ âm điện của những nguyên tử tham gia liên kết, quyết định hành động sự phân cực hóa học của liên kết. Hai nguyên tử có độ âm điện tương tự sẽ tạo nên liên kết cộng hóa trị không phân cực, ví dụ như H-H. Một liên kết không cân đối sẽ tạo nên một lên kết hóa trị phân cực, ví dụ như H-Cl. Tuy nhiên phân cực còn nhu yếu sự bất đối xứng hình học, hoặc lưỡng cực khác hoàn toàn có thể bị hủy bỏ tạo nên phân tử không phân cực .

Cấu trúc cộng hóa trị[sửa|sửa mã nguồn]

Có vài loại cấu trúc liên kết cộng hóa trị, gồm có cấu trúc những đơn phân tử, cấu trúc phân tử, cấu trúc đại phân tử cấu trúc cộng hóa trị khổng lồ ( giant covalent structures ). Đơn phân tử có những liên kết can đảm và mạnh mẽ giữ cho những nguyên tử ở cạnh nhau, nhưng vẫn có những lực hút không đáng kể giữa những phân tử. Những chất cộng hóa trị như vậy thường ở dạng khí, ví dụ như HCl, SO2, CO2, và CH4. Trong cấu trúc phân tử thì có lực hút yếu. Các chất cộng hóa trị như vậy có nhiệt độ sôi thấp ( như ethanol ), và nhiệt dộ nóng cháy thấp ( như Iod và CO2 rắn ). Cấu trúc đại phân tử chứa một lượng lớn những nguyên tử liên kết với nhau bởi liên kết cộng hóa trị trong mạch, gồm có những polyme tổng hợp như polyethylene và nylon, và những polyme sinh học như protein và tinh bột. Cấu trúc mạng lưới cộng hóa trị ( hay cấu trúc cộng hóa trị khổng lồ ) chứa một lượng lớn những nguyên tử liên kết theo lớp ( như than chì ), hoặc cấu trúc ba chiều ( như kim cương và thạch anh ). Những chất này có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao, thường giòn và có điện trở suất cao. Các nguyên tố có độ âm điện lớn, và có năng lực hình thành 3 hay bốn liên kết đôi, thường được tạo thành từ những cấu trúc đại phân tử như vậy. [ 8 ]

Các liên kết một và ba electron[sửa|sửa mã nguồn]

Các liên kết có một hoặc ba electron có thể tìm thấy trong các loại gốc tự do, với số lượng electron bất thường. Ví dụ đơn giản nhất cho liên kết có 1 electron là liên kết được hình thành trong cation hydro, H+

2. Các liên kết một electron thường có năng lượng bằng một nửa của liên kết 2 electron, do vậy còn được gọi là “nửa liên kết”. Tuy nhiên vẫn có ngoại lệ: trong trường hợp của dilithium, liên kết một electron Li+

2 lại mạnh hơn liên kết hai electron Li2. Trường hợp ngoại lệ này có thể giải thích bằng thuật ngữ lai hóa và hiệu ứng dưới lớp vỏ.[9]

[10]So sánh cấu trúc electron giữa liên kết 3 electron và liên kết cộng hóa trị .

Ví dụ đơn giản nhất cho liên kết ba electron là liên kết có thể được hình thành trong cation helium dimer, He+

2. Đây được coi là một “nửa liên kết” vì nó chỉ chia sẻ một electron (thay vì hai); trong các thuật ngữ orbital phân tử, electron thứ ba là một orbital phản liên kết, hủy bỏ một nửa liên kết hình thành bởi hai electron kia. Một ví dụ khác cho phân tử chứa liên kết ba electron, thêm vào liên kết hai electron, là Nitơ monoxit, NO. Phân tử oxi, O2 cũng có thể được coi là có hai liên kết ba electron và hai electron, giải thích cho tính thuận từ của nó và trật tự liên kết của nó là hai.[11] Clo dioxide, brom dioxide và iod dioxide cũng chứa liên kết ba electron.

Các phân tử có liên kết với số electron bất thường thường có tính phản ứng cao. Các loại liên kết này chỉ duy trì không thay đổi giữa những nguyên tố có độ âm điện tương tự nhau. [ 11 ]

Có những trường hợp mà chỉ mỗi cấu trúc Lewis không đủ để lý giải cấu trúc electron trong một phân tử, do vậy cần có sự chồng chất cấu trúc. Các nguyên tử trong những phân tử này hoàn toàn có thể liên kết một cách độc lạ trong những cấu trúc độc lạ ( liên kết đơn trong một cái, liên kết đôi trong cái khác, hoặc không có gì cả ), dẫn tới những bậc liên kết không nguyên. Ion nitrat là một ví dụ với ba cấu trúc tương tự. Liên kết giữa nito và mỗi oxi là một liên kết đôi trong một cấu trúc và một liên kết đơn trong hai cấu trúc còn lại, vậy nên bậc liên kết trung bình trong mỗi tương tác N – O là 2 + 1 + 1/3 = 4/3 .

Công thức cộng hưởng tiêu chuẩn cho ion nitrat

Bài chi tiết cụ thể : Thơm

Trong hóa học hữu cơ, khi một phân tử với một vòng phẳng tuân theo quy tắc Hückel, với số lượng các electron π đúng với công thức 4n + 2 (n là số nguyên), thì đạt được tính ổn định và tính đối xứng cao. Trong benzen, hợp chất thơm đầu tiên, có 6 electron liên kết π (n = 1, 4n + 2 = 6). Chúng chiếm ba orbital phân tử bất định xứng (thuyết obitan phân tử) hoặc hình thành các liên kết π trong hai cấu trúc cộng hưởng kết hợp tuyến tính (thuyết liên kết hóa trị), tạo ra một hình lục giác thông thường thể hiện tính ổn định lớn hơn giả thuyết 1,3,5-cyclohexatriene.

Trong trường hợp của những chất thơm dị vòng và những benzen được thế, sự độc lạ về độ âm điện giữa những phần của vòng hoàn toàn có thể hoàn toàn có thể chiếm lợi thế trong hoạt động hóa học của những liên kết vòng thơm, nếu không thì tương tự nhau .

Siêu hóa trị[sửa|sửa mã nguồn]

Một vài phân tử nhất định như Xenon difluorua và sulfide hexaflo có số phối trí cao hơn con số có thể do quy tắc cộng hóa trị chặt chẽ theo theo quy tắc bát tử. Điều này được giải thích bởi mô hình liên kết ba tâm bốn điện tử (“3c–4e”) trong đó giải thích hàm sóng phân tử in terms of non-bonding highest occupied molecular orbitals trong thuyết obitan phân tử and ionic-covalent cộng hưởng trong thuyết liên kết hóa trị.

Trong liên kết ba tâm hai điện tử ( ” 3 c – 2 e ” ) ba nguyên tử san sẻ hai electron trong nguyên kết. Loại liên kết này xảy ra trong hợp chất thiếu electron như diborane. Mỗi liên kết như vậy ( 2 trên mỗi phân tử trong dibonare ) chứa một cặp electron liên kết những nguyên tử boron theo hình dạng một trái chuối, với một proton ( hạt nhân của một nguyên tử hydro ) ở giữa liên kết, san sẻ electron với cả hai nguyên tử boron. Trong vài nhóm hóa học nhất định, liên kết gọi là bốn tâm hai điện tử cũng được đưa ra .

Mô tả chính sách lượng tử[sửa|sửa mã nguồn]

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

Bản mẫu : Chemical bonds Bản mẫu : Organic chemistry

More on this topic

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Advertismentspot_img

Popular stories