Liên kết cộng hóa trị là liên kết hóa học được hình thành khi hai nguyên tử góp chung một hoặc nhiều cặp electron với nhau. Khác với liên kết ion (cho – nhận electron), liên kết cộng hóa trị dựa trên việc dùng chung electron, thường xảy ra giữa các nguyên tử phi kim. Đây là kiến thức quan trọng của Hóa học lớp 10. Bài viết sau sẽ giúp bạn hiểu rõ liên kết cộng hóa trị là gì, cách phân loại theo độ âm điện, tính chất của hợp chất cộng hóa trị, cách so sánh với liên kết ion và một số bài tập có lời giải chi tiết.
Liên kết cộng hóa trị là gì?
Liên kết cộng hóa trị là liên kết được tạo nên giữa hai nguyên tử bằng một hay nhiều cặp electron dùng chung. Khi góp chung electron, mỗi nguyên tử đều đạt được cấu hình electron bền vững giống khí hiếm gần nhất (quy tắc octet – 8 electron lớp ngoài cùng, riêng hiđro là 2 electron). Liên kết này thường hình thành giữa các nguyên tử phi kim có độ âm điện gần bằng nhau, vì không nguyên tử nào đủ mạnh để “giật” hẳn electron của nguyên tử kia như trong liên kết ion.
Mỗi cặp electron dùng chung tạo thành một liên kết. Người ta phân biệt: liên kết đơn (một cặp electron chung, ký hiệu bằng một gạch nối, ví dụ H–H), liên kết đôi (hai cặp electron chung, ví dụ O=O) và liên kết ba (ba cặp electron chung, ví dụ N≡N). Liên kết càng nhiều cặp electron chung thì càng bền và độ dài liên kết càng ngắn.
Sự hình thành liên kết cộng hóa trị
Liên kết cộng hóa trị hình thành khi các nguyên tử góp chung electron để cùng đạt cấu hình bền vững. Xét phân tử hiđro (H₂): mỗi nguyên tử H có 1 electron. Hai nguyên tử H góp chung một cặp electron, tạo thành một liên kết đơn; nhờ đó mỗi nguyên tử H đều có 2 electron giống cấu hình của heli. Công thức electron viết là H:H, còn công thức cấu tạo là H–H.
Tương tự, trong phân tử khí clo (Cl₂), mỗi nguyên tử clo có 7 electron lớp ngoài cùng nên góp chung một cặp electron để cả hai cùng đạt 8 electron (cấu hình của khí hiếm argon). Trong phân tử nitơ (N₂), mỗi nguyên tử N góp chung ba cặp electron tạo liên kết ba N≡N rất bền, đây là lý do khí nitơ trơ về mặt hóa học ở điều kiện thường.
Phân loại liên kết cộng hóa trị
Dựa vào sự phân bố của cặp electron dùng chung (liên quan đến hiệu độ âm điện giữa hai nguyên tử), liên kết cộng hóa trị được chia thành hai loại chính:
- Liên kết cộng hóa trị không cực: hình thành giữa hai nguyên tử giống nhau hoặc có độ âm điện chênh lệch rất nhỏ, cặp electron dùng chung nằm chính giữa hai nguyên tử. Ví dụ: H₂, Cl₂, O₂, N₂.
- Liên kết cộng hóa trị có cực (phân cực): hình thành giữa hai nguyên tử khác nhau về độ âm điện, cặp electron dùng chung bị lệch về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn. Ví dụ: HCl, H₂O.
Ngoài ra còn có liên kết cho – nhận (liên kết phối trí): là trường hợp đặc biệt của liên kết cộng hóa trị, trong đó cặp electron dùng chung chỉ do một nguyên tử đóng góp. Ví dụ điển hình là ion amoni NH₄⁺ hay phân tử khí SO₂.
Có thể dùng hiệu độ âm điện (Δχ) để dự đoán loại liên kết một cách tương đối:
| Hiệu độ âm điện (Δχ) | Loại liên kết |
|---|---|
| 0 ≤ Δχ < 0,4 | Cộng hóa trị không cực |
| 0,4 ≤ Δχ < 1,7 | Cộng hóa trị có cực |
| Δχ ≥ 1,7 | Liên kết ion |
Tính chất của hợp chất cộng hóa trị
Các hợp chất chứa liên kết cộng hóa trị có một số đặc điểm chung dễ nhận biết:
- Có thể tồn tại ở thể rắn, lỏng hoặc khí ở điều kiện thường (ví dụ đường là rắn, nước là lỏng, khí cacbonic là khí).
- Nhiều chất có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp hơn so với hợp chất ion, do lực liên kết giữa các phân tử yếu hơn lực hút tĩnh điện trong tinh thể ion.
- Các hợp chất chỉ chứa liên kết cộng hóa trị không cực thường không dẫn điện ở mọi trạng thái.
- Chất có liên kết không cực thường tan trong dung môi không cực (như benzen); chất có cực thường tan trong dung môi có cực như nước.
So sánh liên kết cộng hóa trị và liên kết ion
Liên kết cộng hóa trị và liên kết ion là hai loại liên kết hóa học cơ bản nhưng khác nhau về bản chất. Bảng dưới đây tổng hợp những điểm khác biệt quan trọng để bạn dễ ghi nhớ:
| Tiêu chí | Liên kết cộng hóa trị | Liên kết ion |
|---|---|---|
| Bản chất | Góp chung electron | Cho – nhận electron |
| Thường giữa | Phi kim với phi kim | Kim loại điển hình với phi kim điển hình |
| Hiệu độ âm điện | Δχ < 1,7 | Δχ ≥ 1,7 |
| Ví dụ | H₂, HCl, H₂O | NaCl, MgO |
| Nhiệt độ nóng chảy, sôi | Thường thấp | Thường cao |
| Dẫn điện | Thường không dẫn điện | Dẫn điện khi nóng chảy hoặc khi tan trong nước |
Bài tập vận dụng có lời giải
Vận dụng lý thuyết trên vào một số bài tập cơ bản thường gặp trong chương trình Hóa học lớp 10:
- Bài 1: Phân tử H₂ có liên kết gì? Lời giải: Hai nguyên tử H giống nhau nên độ âm điện bằng nhau (Δχ = 0), cặp electron chung nằm chính giữa. Vậy H₂ có liên kết cộng hóa trị không cực.
- Bài 2: Phân tử HCl có liên kết gì? Lời giải: Clo có độ âm điện (≈ 3,16) lớn hơn hiđro (≈ 2,20), Δχ ≈ 0,96 (nằm trong khoảng 0,4 – 1,7) nên cặp electron chung bị lệch về phía clo. Vậy HCl có liên kết cộng hóa trị có cực.
- Bài 3: So sánh bản chất liên kết trong NaCl và H₂O. Lời giải: Na là kim loại điển hình, Cl là phi kim điển hình, Δχ ≈ 2,2 ≥ 1,7 nên NaCl là liên kết ion (cho – nhận electron). Trong H₂O, O và H đều là phi kim, Δχ ≈ 1,24 nên H₂O có liên kết cộng hóa trị có cực (góp chung electron).
- Bài 4 (trắc nghiệm): Chất nào sau đây có liên kết cộng hóa trị? A. NaCl B. MgO C. H₂O D. CaCl₂. Đáp án: C. H₂O, vì đây là hợp chất tạo bởi hai phi kim; các chất còn lại đều là hợp chất ion tạo bởi kim loại và phi kim.
Câu hỏi thường gặp
Có mấy loại liên kết cộng hóa trị?
Có hai loại chính là liên kết cộng hóa trị không cực và liên kết cộng hóa trị có cực. Ngoài ra còn có trường hợp đặc biệt là liên kết cho – nhận, trong đó cặp electron chung chỉ do một nguyên tử đóng góp.
Liên kết cộng hóa trị thường hình thành giữa các nguyên tố nào?
Liên kết cộng hóa trị thường hình thành giữa các nguyên tử phi kim có độ âm điện gần bằng nhau, ví dụ giữa hiđro, cacbon, nitơ, oxi, các halogen với nhau.
Nước có liên kết gì?
Phân tử nước H₂O có liên kết cộng hóa trị có cực, vì oxi có độ âm điện lớn hơn hiđro nên cặp electron dùng chung bị lệch về phía nguyên tử oxi.
Làm sao phân biệt liên kết cộng hóa trị có cực và không cực?
Dựa vào hiệu độ âm điện (Δχ) giữa hai nguyên tử. Nếu Δχ nhỏ hơn 0,4 thì liên kết là không cực; nếu Δχ từ 0,4 đến dưới 1,7 thì liên kết là có cực.
Liên kết cộng hóa trị và liên kết ion khác nhau ở điểm nào?
Liên kết cộng hóa trị dựa trên việc góp chung electron giữa các phi kim, còn liên kết ion dựa trên sự cho – nhận electron giữa kim loại điển hình và phi kim điển hình khi hiệu độ âm điện lớn (Δχ ≥ 1,7).
Vì sao hợp chất cộng hóa trị thường không dẫn điện?
Vì trong hợp chất cộng hóa trị không có các ion hay electron tự do di chuyển; các electron đã được dùng chung và định vị trong liên kết nên không tải được dòng điện.
Kết luận
Tóm lại, liên kết cộng hóa trị hình thành khi hai nguyên tử góp chung một hoặc nhiều cặp electron, gồm loại không cực và có cực. Nắm được bản chất góp chung electron, cách phân loại theo độ âm điện và biết phân biệt với liên kết ion sẽ giúp bạn học tốt phần liên kết hóa học lớp 10. Để học thêm, mời bạn tham khảo các bài 1 kg bằng bao nhiêu gam, 1 lít bằng bao nhiêu ml và một năm ánh sáng bằng bao nhiêu km trên chuyên mục tin tức của Hoàng Hà Mobile.
Xem thêm:
