Đang tải bài học…

AP Chemistry

độ âm điện

electronegativity

Còn gọi: tính âm điện · electronegativity value · độ âm điện của nguyên tố · EN

Độ âm điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng hút electron của một nguyên tử trong phân tử về phía mình.

Độ âm điện là đại lượng không thứ nguyên đặc trưng cho khả năng hút điện tử của một nguyên tử (atom) khi tham gia liên kết hóa học. Khái niệm này do Linus Pauling đề xuất, và nhờ nó mà ta giải thích được sự phân bố mật độ điện tử trong các phân tử. Trong bảng tuần hoàn, flo là nguyên tố có giá trị lớn nhất (bằng 4,0 theo thang Pauling), trong khi các kim loại kiềm (alkali metals) ở chu kỳ lớn thường có giá trị rất thấp.

Hơn nữa, xu hướng biến thiên của đại lượng này tuân theo quy luật tuần hoàn rõ rệt. Khi đi từ trái sang phải trong một chu kỳ, điện tích hạt nhân hiệu dụng tăng lên khiến lớp vỏ điện tử bị hút mạnh hơn, do đó độ âm điện tăng dần. Ngược lại, khi đi từ trên xuống dưới trong một nhóm, bán kính nguyên tử (atomic radius) tăng làm khoảng cách từ hạt nhân đến các điện tử liên kết xa hơn, khiến lực hút giảm đi và giá trị này cũng giảm theo. Chính vì vậy, các phi kim thường có giá trị cao, còn kim loại có giá trị thấp.

Bên cạnh đó, hiệu số độ âm điện ( $\Delta \chi$ ) giữa hai nguyên tử liên kết còn quyết định bản chất của liên kết. Nếu $\Delta \chi < 0,4$ , liên kết cộng hóa trị không phân cực được hình thành; nếu $0,4 \le \Delta \chi < 1,7$ , liên kết cộng hóa trị phân cực xuất hiện; và nếu $\Delta \chi \ge 1,7$ , liên kết ion được tạo thành. Nhờ đó, ta có thể dự đoán được chiều của lưỡng cực cũng như khả năng phản ứng của phân tử (molecule) trong các quá trình hóa học.

Ký hiệu

\chi

hoặc EN

Đơn vịkhông có đơn vị (thang Pauling)

Trực giác: Hãy tưởng tượng một cuộc kéo co giữa hai nguyên tử, bên nào khỏe hơn sẽ kéo đám mây electron về phía mình nhiều hơn.

Khái niệm này sinh ra từ đâu

1811 (thuật ngữ) — 1932 (thang đo Pauling)Jöns Jacob BerzeliusLinus PaulingRobert S. MullikenAmedeo Avogadro

Hay hiểu sai

Độ âm điện bằng nhau không có nghĩa là hai nguyên tố không phản ứng với nhau.

Một chất có thể vừa chứa liên kết ion vừa chứa liên kết cộng hóa trị có cực.

Độ âm điện không phải ái lực electron, cũng không phải năng lượng ion hóa.

Giải thích xu hướng độ âm điện phải nói tới bán kính và hiệu ứng chắn, không chỉ nói vị trí.

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Magnesium nitrate rắn,

{\text{Mg}(\text{NO}_3)_2}(s)

, là chất rắn tan tốt trong nước và dung dịch của nó dẫn điện. Giá trị độ âm điện theo thang Pauling của các nguyên tố có mặt là

\text{Mg} = 1{,}31

;

\text{N} = 3{,}04

;

\text{O} = 3{,}44

. Một đề AP yêu cầu đánh giá xem nhận định nào về liên kết trong hợp chất này là chính xác nhất khi chỉ dựa trên hiệu độ âm điện giữa các nguyên tử.

aTính hiệu độ âm điện cho cặp $\text{Mg}$ – $\text{O}$ và cặp $\text{N}$ – $\text{O}$ , rồi phân loại kiểu liên kết tương ứng.
bViết nhận định (claim) chính xác nhất về liên kết trong ${\text{Mg}(\text{NO}_3)_2}(s)$ và giải thích vì sao nhận định "hợp chất này chỉ chứa liên kết ion" là sai.

1Bước 1: Trước hết cần xác định những cặp nguyên tử nào thực sự liên kết trực tiếp với nhau. Trong công thức

{\text{Mg}(\text{NO}_3)_2}

, nguyên tử

\text{N}

và ba nguyên tử

\text{O}

nằm chung trong ion nitrate

\text{NO}_3^-

, còn

\text{Mg}^{2+}

không gắn cộng hóa trị vào

\text{N}

mà bị hút tĩnh điện về phía các nguyên tử

\text{O}

mang điện tích âm. Do đó hai cặp cần xét là

\text{Mg}

với

\text{O}

, và

\text{N}

với

\text{O}

Bạn nắm chắc chưa?

Quiz câu thật từ ngân hàng đề

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.

Tạo tài khoản miễn phí

Học tiếp từ đây

Bài học chứa thuật ngữ nàyCấu trúc & tính chất nguyên tử · bài “Xu hướng tuần hoàn” — khoá AP Chemistry

Dẫn tớiđộ phân cực liên kết (sắp có)hiệu độ âm điện

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

ái lực electronelectron affinity

Khác nhau ở đâuÁi lực electron là năng lượng đo được khi nguyên tử khí nhận thêm electron, đơn vị kJ/mol. Độ âm điện là chỉ số không thứ nguyên về khả năng hút electron dùng chung.

Hay nhầm khiKhi đề hỏi đại lượng nào đo được, đại lượng nào có đơn vị, hoặc yêu cầu phân biệt thang Pauling với giá trị năng lượng cụ thể.

năng lượng ion hóaionization energy

Khác nhau ở đâuNăng lượng ion hóa là năng lượng cần để tách electron ra khỏi nguyên tử khí. Độ âm điện là xu hướng hút electron dùng chung trong liên kết.

Hay nhầm khiKhi cả hai đều tăng dọc theo chu kì và đề yêu cầu phân biệt chiều hướng tương tác của nguyên tử với electron.

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 15, 371, 383.

Thuật ngữ "electronegativity" được nhà hóa học Thụy Điển Jöns Jacob Berzelius đưa ra năm 1811, nhưng phải đến năm 1932 Linus Pauling mới xây dựng được thang đo chính xác đầu tiên dựa trên năng lượng liên kết (bond energy).

Đầu thế kỷ 19, Berzelius cho rằng liên kết hóa học sinh ra từ lực hút giữa các điện tích trái dấu. Quan sát hiện tượng điện phân giúp ông xếp nhiều nguyên tử vào hai nhóm "dương điện" và "âm điện", và từ đó hình thành bảng phân loại đầu tiên. Tuy nhiên, cách hiểu này sụp đổ khi người ta tổng hợp được các dẫn xuất clo của hợp chất hữu cơ, nơi một nguyên tử "dương điện" bị thay bằng một nguyên tử "âm điện" mà phân tử vẫn bền. Mãi đến năm 1932, Pauling mới giải được bài toán định lượng: ông so sánh năng lượng của phân tử AB với trung bình năng lượng của A₂ và B₂, và biến chênh lệch đó thành một thang số dùng để bàn về sự phân cực liên kết (bond polarity).

Vì sao mang đúng cái tên này? Tên gọi nghe lạ vì nó không sinh ra từ phòng thí nghiệm liên kết hóa học, mà từ bình điện phân. Khi cho dòng điện chạy qua dung dịch, một số nguyên tử luôn di chuyển về một cực còn số khác đi về cực ngược lại; Berzelius gọi nhóm bị hút về cực dương là "âm điện" (electronegative) và nhóm còn lại là "dương điện". Vì vậy phần "điện" trong tên gọi là dấu vết của quan niệm cũ cho rằng liên kết hóa học thuần túy là lực hút tĩnh điện. Pauling giữ nguyên cái tên đã quen nhưng thay hoàn toàn cách đo: thang của ông dựa trên thuyết liên kết hóa trị (valence bond theory) và các phép tính năng lượng liên kết, chứ không dựa trên hành vi trong điện phân nữa. Cũng vì vậy, độ âm điện đến nay vẫn là đại lượng không đo trực tiếp được mà phải suy ra từ các tính chất khác.

Mẹo phòng thi

Khi đề nói "on the basis of electronegativity differences", hãy phân loại theo mức chênh lệch chứ đừng đoán.

Mọi giải thích về độ âm điện đều phải kết thúc bằng lực hút tĩnh điện.

Đừng gán độ âm điện cho nguyên tử tự do hay khí hiếm trong bài viết.

Tần suất trong đề AP ChemistryThường xuyên

2Bước 2: Tính hiệu độ âm điện (electronegativity difference) cho từng cặp:

\Delta\chi_{\text{Mg-O}} = 3{,}44 - 1{,}31 = 2{,}13

\Delta\chi_{\text{N-O}} = 3{,}44 - 3{,}04 = 0{,}40

Ở đây

\chi

là ký hiệu độ âm điện và

\Delta\chi

là trị tuyệt đối của hiệu hai giá trị. Con số

2{,}13

cho biết cặp

\text{Mg}

–

\text{O}

chênh lệch rất mạnh, còn

0{,}40

cho biết cặp

\text{N}

–

\text{O}

chỉ chênh lệch nhẹ.

3Bước 3: Áp mốc phân loại quen thuộc vào hai con số trên. Với

\Delta\chi > 1{,}7

–

2{,}0

, electron bị kéo hẳn về nguyên tử âm điện hơn nên hình thành liên kết ion (ionic bond); vì vậy tương tác

\text{Mg}

–

\text{O}

thuộc loại ion, phù hợp với việc chất rắn tan trong nước cho dung dịch dẫn điện. Ngược lại,

\Delta\chi = 0{,}40

nằm trong khoảng

0{,}4

–

1{,}7

nên

\text{N}

và

\text{O}

dùng chung electron nhưng dùng chung không đều, tạo liên kết cộng hóa trị phân cực (polar covalent bond) với đầu

\text{O}

mang một phần điện tích âm.

4Bước 4: Ghép hai kết luận lại để dựng nhận định hoàn chỉnh. Ion đa nguyên tử (polyatomic ion)

\text{NO}_3^-

được giữ nguyên vẹn nhờ các liên kết cộng hóa trị phân cực bên trong, còn toàn bộ mạng tinh thể được giữ nhờ lực hút ion giữa

\text{Mg}^{2+}

và

\text{NO}_3^-

. Nói "hợp chất chỉ chứa liên kết ion" là sai vì bỏ qua ba liên kết

\text{N}

–

\text{O}

trong mỗi ion nitrate; nếu chúng cũng là liên kết ion thì khi tan trong nước ion nitrate đã phải vỡ thành

\text{N}^{5+}

và

\text{O}^{2-}

, điều không hề xảy ra.

Nhận định chính xác nhất: ${\text{Mg}(\text{NO}_3)_2}(s)$ chứa đồng thời hai kiểu liên kết. Hiệu độ âm điện lớn giữa $\text{Mg}$ và $\text{O}$ ( $2{,}13$ ) cho thấy $\text{Mg}^{2+}$ và $\text{NO}_3^-$ hút nhau bằng liên kết ion, trong khi hiệu nhỏ giữa $\text{N}$ và $\text{O}$ ( $0{,}40$ ) cho thấy bên trong mỗi ion nitrate là liên kết cộng hóa trị phân cực. Vì vậy hợp chất là chất rắn ion cấu thành từ các ion đa nguyên tử có liên kết cộng hóa trị bên trong.

2Ví dụ 2/2

Hai nguyên tố carbon và selenium có cùng giá trị độ âm điện trên thang Pauling là

2{,}55

. Chúng kết hợp với nhau tạo thành hợp chất nhị nguyên

\text{CSe}_2

. Một câu hỏi AP yêu cầu chọn nhận định có nhiều khả năng đúng nhất về hợp chất tạo thành từ hai nguyên tố này.

aDựa trên hiệu độ âm điện, hãy dự đoán kiểu liên kết giữa $\text{C}$ và $\text{Se}$ .
bTừ kiểu liên kết đó, suy ra hai tính chất vật lý của $\text{CSe}_2$ mà đề thi hay đưa ra để phân biệt với hợp chất ion.

1Bước 1: Bắt đầu bằng phép trừ đơn giản nhất:

\Delta\chi = 2{,}55 - 2{,}55 = 0

Hiệu bằng không có nghĩa là không nguyên tử nào kéo cặp electron dùng chung mạnh hơn nguyên tử kia. Đây là điều kiện định nghĩa của liên kết cộng hóa trị không phân cực (nonpolar covalent bond).

2Bước 2: Cần loại trừ khả năng liên kết ion một cách rõ ràng. Liên kết ion chỉ hình thành khi một nguyên tử kéo hẳn electron khỏi nguyên tử kia, tức là đòi hỏi chênh lệch độ âm điện rất lớn. Khi

\Delta\chi = 0

thì không có động lực nào cho sự chuyển electron, nên không thể sinh ra cặp cation–anion; hai nguyên tử buộc phải dùng chung electron một cách hoàn toàn cân bằng.

3Bước 3: Từ bản chất liên kết suy ra cấu trúc chất. Vì electron được chia đều, mỗi liên kết

\text{C}

–

\text{Se}

không có đầu tích điện một phần, và phân tử thẳng

\text{Se}=\text{C}=\text{Se}

cũng không có momen lưỡng cực tổng cộng. Chất tạo thành gồm những phân tử riêng lẻ chỉ hút nhau bằng lực London yếu, chứ không phải một mạng tinh thể ion trải rộng liên tục.

4Bước 4: Chuyển cấu trúc thành tính chất quan sát được, vốn là phần mà đề thi thường hỏi. Thứ nhất, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của

\text{CSe}_2

thấp hơn hẳn hợp chất ion vì chỉ cần thắng lực hút yếu giữa các phân tử; thực tế

\text{CSe}_2

là chất lỏng ở nhiệt độ phòng. Thứ hai, hợp chất không dẫn điện dù ở trạng thái lỏng hay khi hòa tan, bởi không tồn tại hạt mang điện tự do — một điểm trái ngược hoàn toàn với muối nóng chảy.

Vì $\Delta\chi = 0$ , $\text{C}$ và $\text{Se}$ chia đều cặp electron dùng chung nên $\text{CSe}_2$ chứa liên kết cộng hóa trị không phân cực. Nhận định đúng nhất là hợp chất tồn tại dưới dạng các phân tử riêng biệt, có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp, đồng thời không dẫn điện ở trạng thái lỏng — hoàn toàn khác với hành vi của một hợp chất ion.

Mục tiêu và lộ trình unit xem miễn phí — làm bài tập và lưu tiến độ cần tài khoản 0đ.