Vì sao các nguyên tử lại liên kết với nhau
|
Bài viết này cần thêm chú thích nguồn gốc để kiểm chứng thông tin. Trong hóa học, liên kết hóa học là lực, giữ cho các nguyên tử cùng nhau trong các phân tử hay các tinh thể. Sự hình thành các liên kết hóa học giữa các nguyên tố để tạo nên phân tử được hệ thống hóa thành các lý thuyết liên kết hóa học.
Với các hợp chất phức tạp hơn, chẳng hạn các phức chất kim loại, thuyết liên kết hóa trị không thể giải thích được và sự giải thích hoàn hảo hơn phải dựa trên các cơ sở của cơ học lượng tử.
Các đặc trưng không gian và khoảng năng lượng tương tác bởi các lực hóa học nối với nhau thành một sự liên tục, vì thế các thuật ngữ cho các dạng liên kết hóa học khác nhau là rất tương đối và ranh giới giữa chúng là không rõ ràng. Tuy vậy, Mọi liên kết hóa học đều nằm trong những dạng liên kết hóa học sau
Mọi liên kết hóa học phát sinh ra từ tương tác giữa các điện tử của các nguyên tử khác nhau đưa đến quá trình hình thành liên kết chính là sự giảm mức năng lượng. Điều này cho thấy, các quá trình hình thành liên kết luôn có năng lượng đính kèm entanpi < 0 (hệ toả năng lượng).
Trong liên kết điện tích, nguyên tố các điện tích liên kết với nhau qua lực hấp dẫn điện giữa hai điện tích. Vậy, các nguyên tố dễ cho hay nhận điện tử âm để trở thành điện tích dương hay âm sẻ dễ dàng liên kết với nhau. Liên kết điện tích ion được mô tả bởi vật lý cổ điển bằng lực hấp dẫn giữa các điện tích
Trong liên kết cộng hóa trị, Các dạng liên kết hóa học được phân biệt bởi khoảng không gian mà các điện tử tập trung hay phân tán giữa các nguyên tử của chất đó. Các điện tử nằm trong liên kết không gắn với các nguyên tử riêng biệt, mà chúng được phân bổ trong cấu trúc ngang qua phân tử, được mô tả bởi học thuyết phổ biến đương thời là các quỹ đạo phân tử. Không giống như liên kết ion thuần túy, các liên kết cộng hóa trị có thể có các thuộc tính không đẳng hướng. Trạng thái trung gian có thể tồn tại, trong các liên kết đó là hỗn hợp của các đặc trưng cho liên kết ion phân cực và các đặc trưng của liên kết cộng hóa trị với điện tử phân tán. Liên kết cộng hóa trị thì phải dựa chủ yếu vào các khái niệm của cơ học lượng tử về khoảng không gian mà các điện tử tập trung hay phân tán với một năng lượng nhiệt tương ứng
Các liên kết hóa học phải tuân theo định luật bảo tồn năng lượng
Để đánh giá loại liên kết hóa học trong hợp chất,người ta có thể dựa vào hiệu độ âm điện. Các loại liên kết hóa học được phân loại tương đối theo quy ước kinh nghiệm dựa vào thang độ âm điện của Linus Pauling như sau:
Hiệu độ âm điện chỉ cho dự đoán loại liên kết hóa học trong phân tử về mặt lý thuyết. Dự đoán này còn phải được xác minh độ đúng đắn bởi nhiều phương pháp thực nghiệm khác.
Cuốn sách của Linus Pauling The Nature of the Chemical Bond (Bản chất tự nhiên của liên kết hóa học) có thể coi là cuốn sách có ảnh hưởng đáng kể nhất về hóa học trong số các sách đã được xuất bản.
Các nguyên tử của các nguyên tố có thể tồn tại một mình, nhưng chúng cũng thường xuyên liên kết với các nguyên tử của nguyên tố khác để tạo thành hợp chất, thành phần nhỏ nhất của các hợp chất là các phân tử. Các phân tử được tạo thành từ liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết kim loại và liên kết hydro Liên kết ionLiên kết ion xảy ra khi lớp vỏ nguyên tử mất hoặc nhận một hoặc nhiều electron, từ đó sinh ra lực hút tĩnh điện chiều âm hay dương. Ví dụ nguyên tố như Na có gần trống electron lớp ngoài cùng sẽ tương tác với Clo, nguyên tố có gần đủ electron lớp ngoài cùng. Khi Na mất một electron, điện tích của nó thành +1, khi Clo nhận một electron, điện tích của nó thành -1. Lực liên kết ion sẽ liên kết hai nguyên tố để tạo thành một phân tử, phân tử này ổn định hơn do có điện tích 0.  Liên kết ion NaCl Liên kết cộng hóa trịThay vì mất đi hay nhận thêm electron, một số nguyên tử dùng hình thức dùng chung electron khi chúng hình thành phân tử. Nguyên tử liên kết với hình thức này gọi là liên kết cộng hóa trị, thường xảy ra đối với phi kim. Bằng cách chia sẻ chung electron, phân tử trở nên ổn định hơn bởi nguyên tử đã nhận được số electron cần thiết cho lớp ngoài. Các electron này bị thu hút với hạt nhân của mỗi nguyên tử, nguyên tử của cùng nguyên tố có thể hình thành một, hai hay ba liên kết cộng hóa trị, tùy thuộc vào số hóa trị của nguyên tố. Liên kết cộng hóa trị Cl2 Liên kết kim loạiLiên kết kim loại, như tên gọi, chúng xảy ra ở các kim loại. Ở liên kết kim loại, nhiều nguyên tử chia sẻ chung electron hóa trị, hiện tượng này xảy ra bởi các nguyên tử chỉ liên kết lỏng lẻo với electron hóa trị, tạo điều kiện cho các electron này có thể di chuyển khá tự do, tạo cho kim loại có đặc tính dẻo và tính dẫn điện. Khả năng có thể bẻ cong hay tạo hình mà không bị vỡ, bể là do các electron chỉ trượt đi chứ không bị tách rời. Khả năng dẫn điện của kim loại cũng hình thành với các electron chia sẻ chung này di chuyển giữa các nguyên tử. Liên kết kim loại Liên kết hydroLiên kết ion, liên kết cộng hóa trị và liên kết kim loại là ba loại liên kết chính tạo thành các hợp chất và tạo nên các đặc tính riêng của nguyên tố, liên kết hydro là liên kết đặc biệt chỉ xảy ra giữa hydro và các nguyên tố có độ âm điện rất cao là oxy, ni tơ, flo. Các nguyên tử này lớn hơn rất nhiều so với nguyên tử hydro nên các electron có xu hướng lệch về nguyên tử lớn hơn, tạo nên điện tích âm nhẹ cho nguyên tử này và điện tích dương nhẹ cho nguyên tử hydro. Sự phân cực này làm các phân tử nước liên kết với nhau và làm cho nước có thể hòa tan nhiều các hợp chất khác. Liên kết hydro của phân tử nước Hệ quả của liên kếtMột số nguyên tử có thể hình thành nhiều loại liên kết, ví dụ, kim loại như Ma giê có thể hình thành liên kết ion hay liên kết kim loại, tùy thuộc các nguyên tử khác là kim loại hay phi kim. Với mỗi loại liên kết sẽ tạo thành hợp chất ổn định hơn và có các đặc tính riêng biệt.
Các nguyên tử trong hầu hết các chất đều có liên kết hóa học bởi nguyên tử có trạng thái ổn định hơn khi liên kết với nhau. Lực điện thu hút các nguyên tử ở gần và liên kết chúng với nhau. Những nguyên tử có lực hút mạnh rất ít khi đứng một mình, các nguyên tử khác sẽ liên kết với chúng. Sự sắp xếp của các electrons trong nguyên tử sẽ xác định độ vững chắc của nguyên tử khi chúng tìm kiếm và liên kết với các nguyên tử khác. Nguyên tử, electron và thế năngTrong nguyên tử, electron được sắp xếp theo các lớp có cấu trúc phức tạp. Với hầu hết nguyên tử, lớp electron ngoài cùng thường chưa hoàn thiện, và các nguyên tử chia sẻ chung các electron này để hoàn thiện lớp này. Các nguyên tử có lớp ngoài cùng chưa hoàn thiện thì có thể năng lớn, những nguyên tử có lớp ngoài cùng đã hoàn thiện thì có thế năng nhỏ. Trong tự nhiên, vật có thể năng lớn sẽ “tìm kiếm” thế năng nhỏ hơn và trở nên ổn định hơn. Nguyên tử hình thành liên kết hóa học để giảm thế năng của chúng. Liên kết hóa học Khí hiếmCác nguyên tố thuộc nhóm khí hiếm, trong đó có khi Neon hay khí Helium có nguyên tử với lớp electron ngoài chùng đã hoàn thiện và chúng hiếm khi có phản ứng liên kết hóa học. Bởi lớp vỏ đã hoàn thiện, chúng có thể năng nhỏ và có ít năng lượng để thu hút các nguyên tử khác. Mặc dù thường xuyên tiếp xúc với các nguyên tử khác nhưng chúng không hình thành liên kết.
|
