Đang tải bài học…
Đang tải bài học…
AP Chemistry
covalent bond
Còn gọi: covalent bonding
Liên kết cộng hóa trị là liên kết hình thành khi hai nguyên tử dùng chung một hoặc nhiều cặp electron hóa trị để cùng đạt cấu hình bền.
Khi hai nguyên tử phi kim tiến lại gần nhau, không nguyên tử nào đủ khả năng giật hẳn êlectron của đối phương như trong hợp chất ion, nên giải pháp có lợi về năng lượng là cùng góp êlectron vào một vùng chung giữa hai hạt nhân. Vùng chung đó chứa cặp êlectron liên kết (bonding pair), và chính lực hút giữa cặp êlectron này với cả hai hạt nhân mang điện dương đã giữ hai nguyên tử lại với nhau. Theo thuyết liên kết hóa trị, liên kết được tạo ra ở nơi hai obitan nguyên tử xen phủ lên nhau, càng xen phủ nhiều thì liên kết càng mạnh.
Để thấy vì sao liên kết bền, hãy nhìn vào thế năng của hệ theo khoảng cách hai hạt nhân. Ở khoảng cách rất lớn thế năng gần bằng không; khi hai nguyên tử xích lại, hút vượt đẩy nên thế năng giảm dần tới cực tiểu tại , rồi tăng vọt vì hai hạt nhân bắt đầu đẩy nhau mạnh. Giá trị chính là độ dài liên kết, còn độ sâu của hố thế bằng năng lượng cần cung cấp để bẻ gãy liên kết:
Phương trình này nói rằng phá vỡ một liên kết luôn thu nhiệt, còn tạo liên kết thì tỏa nhiệt — nền tảng của mọi bài tính entanpi liên kết.
Tuy nhiên, cặp êlectron hiếm khi được chia đôi công bằng. Nếu hai nguyên tử khác nhau về độ âm điện, mật độ êlectron lệch về phía nguyên tử âm điện hơn và ta có liên kết cộng hóa trị phân cực (polar covalent bond), sinh ra một lưỡng cực nhỏ trong phân tử. Ngược lại, khi , ví dụ trong , liên kết là không phân cực. Do đó liên kết cộng hóa trị (covalent bond) nên được hiểu như một dải liên tục: một đầu là chia đều tuyệt đối, đầu kia tiệm cận đặc tính ion khi chênh lệch độ âm điện đủ lớn.
Trực giác: Giống hai người bạn cùng nắm chặt một sợi dây thừng ở giữa: chính sợi dây chung ấy giữ hai người không rời nhau ra.
1916–1919Gilbert Newton LewisIrving Langmuir
Đầu thế kỷ 20, sau khi Thomson tìm ra electron năm 1897, các nhà hóa học tin rằng mọi hợp chất đều hình thành do một nguyên tử nhường electron cho nguyên tử kia. Nhưng lối giải thích đó bế tắc trước những phân tử như hydrogen hay methane, nơi chẳng có bên nào chịu nhường. Năm 1916, Lewis đề xuất rằng hai nguyên tử có thể cùng dùng chung một cặp electron để mỗi bên đạt cấu hình của khí hiếm, và ông biểu diễn các electron hóa trị bằng những dấu chấm quanh ký hiệu nguyên tố. Đến năm 1919, Langmuir đặt tên cho loại liên kết ấy và đưa ra thêm quy tắc octet (octet rule).
%22%20opacity%3D%220.85%22%2F%3E%3Cpath%20d%3D%22M46.0%2C48.3%20L49.6%2C64.4%20L53.2%2C78.6%20L56.8%2C91.0%20L60.5%2C102.0%20L64.1%2C111.7%20L67.7%2C120.2%20L71.3%2C127.8%20L74.9%2C134.4%20L78.5%2C140.2%20L82.1%2C145.4%20L85.7%2C149.9%20L89.3%2C153.9%20L93.0%2C157.3%20L96.6%2C160.4%20L100.2%2C163.1%20L103.8%2C165.5%20L107.4%2C167.5%20L111.0%2C169.3%20L114.6%2C170.9%20L118.3%2C172.2%20L121.9%2C173.4%20L125.5%2C174.4%20L129.1%2C175.3%20L132.7%2C176.0%20L136.3%2C176.6%20L139.9%2C177.1%20L143.5%2C177.6%20L147.2%2C177.9%20L150.8%2C178.2%20L154.4%2C178.4%20L158.0%2C178.6%20L161.6%2C178.7%20L165.2%2C178.8%20L168.8%2C178.8%20L172.4%2C178.8%20L176.0%2C178.7%20L179.7%2C178.7%20L183.3%2C178.6%20L186.9%2C178.5%20L190.5%2C178.4%20L194.1%2C178.3%20L197.7%2C178.1%20L201.3%2C178.0%20L205.0%2C177.8%20L208.6%2C177.6%20L212.2%2C177.5%20L215.8%2C177.3%20L219.4%2C177.1%20L223.0%2C176.9%20L226.6%2C176.7%20L230.2%2C176.5%20L233.8%2C176.3%20L237.5%2C176.1%20L241.1%2C176.0%20L244.7%2C175.8%20L248.3%2C175.6%20L251.9%2C175.4%20L255.5%2C175.2%20L259.1%2C175.0%20L262.8%2C174.8%20L266.4%2C174.6%20L270.0%2C174.5%20L273.6%2C174.3%20L277.2%2C174.1%20L280.8%2C173.9%20L284.4%2C173.8%20L288.0%2C173.6%20L291.7%2C173.5%20L295.3%2C173.3%20L298.9%2C173.1%20L302.5%2C173.0%20L306.1%2C172.8%20L309.7%2C172.7%20L313.3%2C172.6%20L316.9%2C172.4%20L320.6%2C172.3%20L324.2%2C172.1%20L327.8%2C172.0%20L331.4%2C171.9%20L335.0%2C171.8%20L338.6%2C171.6%20L342.2%2C171.5%20L345.8%2C171.4%20L349.4%2C171.3%20L353.1%2C171.2%20L356.7%2C171.1%20L360.3%2C170.9%20L363.9%2C170.8%20L367.5%2C170.7%20L371.1%2C170.6%20L374.7%2C170.5%20L378.3%2C170.4%20L382.0%2C170.4%20L385.6%2C170.3%20L389.2%2C170.2%20L392.8%2C170.1%20L396.4%2C170.0%20L400.0%2C169.9%20L403.6%2C169.8%20L407.3%2C169.8%20L410.9%2C169.7%20L414.5%2C169.6%20L418.1%2C169.5%20L421.7%2C169.5%20L425.3%2C169.4%20L428.9%2C169.3%20L432.5%2C169.3%20L436.2%2C169.2%20L439.8%2C169.1%20L443.4%2C169.1%20L447.0%2C169.0%20L450.6%2C168.9%20L454.2%2C168.9%20L457.8%2C168.8%20L461.4%2C168.8%20L465.1%2C168.7%20L468.7%2C168.7%20L472.3%2C168.6%20L475.9%2C168.6%20L479.5%2C168.5%20L483.1%2C168.5%20L486.7%2C168.4%20L490.3%2C168.4%20L493.9%2C168.3%20L497.6%2C168.3%20L501.2%2C168.2%20L504.8%2C168.2%20L508.4%2C168.1%20L512.0%2C168.1%20L515.6%2C168.1%20L519.2%2C168.0%20L522.8%2C168.0%20L526.5%2C168.0%20L530.1%2C167.9%20L533.7%2C167.9%20L537.3%2C167.8%20L540.9%2C167.8%20L544.5%2C167.8%20L548.1%2C167.7%20L551.8%2C167.7%20L555.4%2C167.7%20L559.0%2C167.6%20L562.6%2C167.6%20L566.2%2C167.6%20L569.8%2C167.6%20L573.4%2C167.5%20L577.0%2C167.5%20L580.6%2C167.5%20L584.3%2C167.5%20L587.9%2C167.4%20L591.5%2C167.4%20L595.1%2C167.4%20L598.7%2C167.4%20L602.3%2C167.3%20L605.9%2C167.3%20L609.6%2C167.3%20L613.2%2C167.3%20L616.8%2C167.2%20L620.4%2C167.2%20L624.0%2C167.2%22%20fill%3D%22none%22%20stroke%3D%22var(--info%2C%232563eb)%22%20stroke-width%3D%222.4%22%2F%3E%3Cpath%20d%3D%22M46.0%2C-59.5%20L49.6%2C-38.2%20L53.2%2C-19.1%20L56.8%2C-2.0%20L60.5%2C13.4%20L64.1%2C27.1%20L67.7%2C39.5%20L71.3%2C50.7%20L74.9%2C60.8%20L78.5%2C69.8%20L82.1%2C78.1%20L85.7%2C85.5%20L89.3%2C92.2%20L93.0%2C98.3%20L96.6%2C103.9%20L100.2%2C108.9%20L103.8%2C113.5%20L107.4%2C117.7%20L111.0%2C121.5%20L114.6%2C124.9%20L118.3%2C128.1%20L121.9%2C131.0%20L125.5%2C133.6%20L129.1%2C136.0%20L132.7%2C138.3%20L136.3%2C140.3%20L139.9%2C142.2%20L143.5%2C143.9%20L147.2%2C145.5%20L150.8%2C146.9%20L154.4%2C148.3%20L158.0%2C149.5%20L161.6%2C150.6%20L165.2%2C151.7%20L168.8%2C152.6%20L172.4%2C153.5%20L176.0%2C154.4%20L179.7%2C155.1%20L183.3%2C155.8%20L186.9%2C156.5%20L190.5%2C157.1%20L194.1%2C157.7%20L197.7%2C158.2%20L201.3%2C158.7%20L205.0%2C159.1%20L208.6%2C159.6%20L212.2%2C159.9%20L215.8%2C160.3%20L219.4%2C160.6%20L223.0%2C161.0%20L226.6%2C161.3%20L230.2%2C161.5%20L233.8%2C161.8%20L237.5%2C162.0%20L241.1%2C162.3%20L244.7%2C162.5%20L248.3%2C162.7%20L251.9%2C162.8%20L255.5%2C163.0%20L259.1%2C163.2%20L262.8%2C163.3%20L266.4%2C163.5%20L270.0%2C163.6%20L273.6%2C163.7%20L277.2%2C163.9%20L280.8%2C164.0%20L284.4%2C164.1%20L288.0%2C164.2%20L291.7%2C164.3%20L295.3%2C164.3%20L298.9%2C164.4%20L302.5%2C164.5%20L306.1%2C164.6%20L309.7%2C164.6%20L313.3%2C164.7%20L316.9%2C164.8%20L320.6%2C164.8%20L324.2%2C164.9%20L327.8%2C164.9%20L331.4%2C165.0%20L335.0%2C165.0%20L338.6%2C165.1%20L342.2%2C165.1%20L345.8%2C165.1%20L349.4%2C165.2%20L353.1%2C165.2%20L356.7%2C165.2%20L360.3%2C165.3%20L363.9%2C165.3%20L367.5%2C165.3%20L371.1%2C165.4%20L374.7%2C165.4%20L378.3%2C165.4%20L382.0%2C165.4%20L385.6%2C165.4%20L389.2%2C165.5%20L392.8%2C165.5%20L396.4%2C165.5%20L400.0%2C165.5%20L403.6%2C165.5%20L407.3%2C165.6%20L410.9%2C165.6%20L414.5%2C165.6%20L418.1%2C165.6%20L421.7%2C165.6%20L425.3%2C165.6%20L428.9%2C165.6%20L432.5%2C165.6%20L436.2%2C165.7%20L439.8%2C165.7%20L443.4%2C165.7%20L447.0%2C165.7%20L450.6%2C165.7%20L454.2%2C165.7%20L457.8%2C165.7%20L461.4%2C165.7%20L465.1%2C165.7%20L468.7%2C165.7%20L472.3%2C165.7%20L475.9%2C165.7%20L479.5%2C165.7%20L483.1%2C165.8%20L486.7%2C165.8%20L490.3%2C165.8%20L493.9%2C165.8%20L497.6%2C165.8%20L501.2%2C165.8%20L504.8%2C165.8%20L508.4%2C165.8%20L512.0%2C165.8%20L515.6%2C165.8%20L519.2%2C165.8%20L522.8%2C165.8%20L526.5%2C165.8%20L530.1%2C165.8%20L533.7%2C165.8%20L537.3%2C165.8%20L540.9%2C165.8%20L544.5%2C165.8%20L548.1%2C165.8%20L551.8%2C165.8%20L555.4%2C165.8%20L559.0%2C165.8%20L562.6%2C165.8%20L566.2%2C165.8%20L569.8%2C165.8%20L573.4%2C165.8%20L577.0%2C165.8%20L580.6%2C165.8%20L584.3%2C165.8%20L587.9%2C165.8%20L591.5%2C165.8%20L595.1%2C165.9%20L598.7%2C165.9%20L602.3%2C165.9%20L605.9%2C165.9%20L609.6%2C165.9%20L613.2%2C165.9%20L616.8%2C165.9%20L620.4%2C165.9%20L624.0%2C165.9%22%20fill%3D%22none%22%20stroke%3D%22var(--warning%2C%23d97706)%22%20stroke-width%3D%222.4%22%2F%3E%3Cpath%20d%3D%22M46.0%2C273.7%20L49.6%2C268.5%20L53.2%2C263.5%20L56.8%2C258.9%20L60.5%2C254.6%20L64.1%2C250.5%20L67.7%2C246.6%20L71.3%2C243.0%20L74.9%2C239.5%20L78.5%2C236.3%20L82.1%2C233.2%20L85.7%2C230.3%20L89.3%2C227.5%20L93.0%2C224.9%20L96.6%2C222.4%20L100.2%2C220.1%20L103.8%2C217.9%20L107.4%2C215.8%20L111.0%2C213.8%20L114.6%2C211.9%20L118.3%2C210.0%20L121.9%2C208.3%20L125.5%2C206.7%20L129.1%2C205.1%20L132.7%2C203.6%20L136.3%2C202.2%20L139.9%2C200.9%20L143.5%2C199.6%20L147.2%2C198.3%20L150.8%2C197.2%20L154.4%2C196.1%20L158.0%2C195.0%20L161.6%2C194.0%20L165.2%2C193.0%20L168.8%2C192.0%20L172.4%2C191.1%20L176.0%2C190.3%20L179.7%2C189.5%20L183.3%2C188.7%20L186.9%2C187.9%20L190.5%2C187.2%20L194.1%2C186.5%20L197.7%2C185.8%20L201.3%2C185.2%20L205.0%2C184.6%20L208.6%2C184.0%20L212.2%2C183.4%20L215.8%2C182.9%20L219.4%2C182.3%20L223.0%2C181.8%20L226.6%2C181.4%20L230.2%2C180.9%20L233.8%2C180.4%20L237.5%2C180.0%20L241.1%2C179.6%20L244.7%2C179.2%20L248.3%2C178.8%20L251.9%2C178.4%20L255.5%2C178.1%20L259.1%2C177.7%20L262.8%2C177.4%20L266.4%2C177.1%20L270.0%2C176.8%20L273.6%2C176.5%20L277.2%2C176.2%20L280.8%2C175.9%20L284.4%2C175.6%20L288.0%2C175.4%20L291.7%2C175.1%20L295.3%2C174.9%20L298.9%2C174.6%20L302.5%2C174.4%20L306.1%2C174.2%20L309.7%2C174.0%20L313.3%2C173.7%20L316.9%2C173.5%20L320.6%2C173.4%20L324.2%2C173.2%20L327.8%2C173.0%20L331.4%2C172.8%20L335.0%2C172.6%20L338.6%2C172.5%20L342.2%2C172.3%20L345.8%2C172.2%20L349.4%2C172.0%20L353.1%2C171.9%20L356.7%2C171.7%20L360.3%2C171.6%20L363.9%2C171.4%20L367.5%2C171.3%20L371.1%2C171.2%20L374.7%2C171.1%20L378.3%2C170.9%20L382.0%2C170.8%20L385.6%2C170.7%20L389.2%2C170.6%20L392.8%2C170.5%20L396.4%2C170.4%20L400.0%2C170.3%20L403.6%2C170.2%20L407.3%2C170.1%20L410.9%2C170.0%20L414.5%2C169.9%20L418.1%2C169.8%20L421.7%2C169.7%20L425.3%2C169.7%20L428.9%2C169.6%20L432.5%2C169.5%20L436.2%2C169.4%20L439.8%2C169.4%20L443.4%2C169.3%20L447.0%2C169.2%20L450.6%2C169.1%20L454.2%2C169.1%20L457.8%2C169.0%20L461.4%2C168.9%20L465.1%2C168.9%20L468.7%2C168.8%20L472.3%2C168.8%20L475.9%2C168.7%20L479.5%2C168.7%20L483.1%2C168.6%20L486.7%2C168.5%20L490.3%2C168.5%20L493.9%2C168.4%20L497.6%2C168.4%20L501.2%2C168.3%20L504.8%2C168.3%20L508.4%2C168.3%20L512.0%2C168.2%20L515.6%2C168.2%20L519.2%2C168.1%20L522.8%2C168.1%20L526.5%2C168.0%20L530.1%2C168.0%20L533.7%2C168.0%20L537.3%2C167.9%20L540.9%2C167.9%20L544.5%2C167.9%20L548.1%2C167.8%20L551.8%2C167.8%20L555.4%2C167.7%20L559.0%2C167.7%20L562.6%2C167.7%20L566.2%2C167.6%20L569.8%2C167.6%20L573.4%2C167.6%20L577.0%2C167.6%20L580.6%2C167.5%20L584.3%2C167.5%20L587.9%2C167.5%20L591.5%2C167.4%20L595.1%2C167.4%20L598.7%2C167.4%20L602.3%2C167.4%20L605.9%2C167.3%20L609.6%2C167.3%20L613.2%2C167.3%20L616.8%2C167.3%20L620.4%2C167.2%20L624.0%2C167.2%22%20fill%3D%22none%22%20stroke%3D%22var(--accent-strong%2C%237c3aed)%22%20stroke-width%3D%222.4%22%2F%3E%3Cline%20x1%3D%2246%22%20x2%3D%22624%22%20y1%3D%22306%22%20y2%3D%22306%22%20stroke%3D%22var(--text-faint%2C%2394a3b8)%22%20stroke-width%3D%221.2%22%2F%3E%3Ctext%20x%3D%22320%22%20y%3D%22334%22%20text-anchor%3D%22middle%22%20font-size%3D%2212%22%20fill%3D%22var(--text-muted%2C%2364748b)%22%3Ekho%E1%BA%A3ng%20c%C3%A1ch%20gi%E1%BB%AFa%20hai%20h%E1%BA%A1t%20nh%C3%A2n%20r%20(%C3%85)%3C%2Ftext%3E%3C%2Fsvg%3E)
Liên kết cộng hóa trị không phải yếu tố duy nhất quyết định hình dạng phân tử lớn.
Trong polymer và phân tử sinh học (biomolecule), mạch chính do liên kết cộng hóa trị nối lại, nhưng dạng xoắn hay gấp khúc lại được giữ bởi các tương tác không cộng hóa trị (noncovalent interactions) như liên kết hydrogen giữa những đoạn ở xa nhau. Do đó khi đổi dung môi hoặc pH làm mất các điểm hút yếu này, mạch vẫn nguyên vẹn nhưng hình dạng sụp đổ, và chức năng mất theo.
Mất tương tác yếu không biến phân tử thành mạng ion hay kim loại.
Đây là hai bẫy sinh đôi trong câu hỏi về polymer bị duỗi mạch: các đáp án nhử thường nói chuỗi sẽ tạo mạng tinh thể ion hoặc sinh ra biển electron tự do (delocalized electrons). Tuy nhiên muốn có liên kết ion thì phải có sự chuyển hẳn electron tạo ion trái dấu, còn biển electron chỉ xuất hiện ở kim loại có orbital trống chung. Một mạch cộng hóa trị dù dài đến đâu cũng chỉ là mạch cộng hóa trị.
Một hợp chất có thể chứa đồng thời liên kết ion và liên kết cộng hóa trị.
Nhiều học sinh phân loại chất theo kiểu "hoặc ion hoặc cộng hóa trị" nên bỏ qua các muối chứa ion đa nguyên tử (polyatomic ion). Trong , cặp và hút nhau bằng lực ion, còn bên trong thì N và O dùng chung electron. Vì vậy hãy tìm ngay ion đa nguyên tử khi đề hỏi "both ionic and covalent".
Liên kết cộng hóa trị không phải là lực liên phân tử.
Câu hỏi về nhiệt độ sôi hay biến đổi trạng thái thường bị trả lời sai vì học sinh viết rằng đun nóng đã "phá vỡ liên kết cộng hóa trị". Thực ra khi sôi, chỉ các lực giữa các phân tử bị thắng, còn liên kết O–H bên trong mỗi phân tử vẫn còn nguyên. Chỉ phản ứng hóa học mới bẻ gãy liên kết cộng hóa trị.
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.
Biên soạn bởi DucklingStudy, bản quyền thuộc DucklingStudy. Xuất bản .
Vì sao mang đúng cái tên này? Tên gọi này ghép từ tiền tố co- nghĩa là "cùng nhau, chung phần" với valence, tức hóa trị hay khả năng kết hợp của nguyên tử. Ghép lại, "co-valent" mô tả đúng bản chất mà Lewis đã hình dung: hai nguyên tử góp chung các electron hóa trị (valence electrons) thay vì một bên chuyển hẳn electron cho bên kia. Vì vậy cái tên không hề tùy tiện, nó tóm gọn sự đối lập với liên kết ion. Dạng đầu tiên Langmuir dùng năm 1919 là danh từ "covalence"; sang thập niên 1920 Nevil Sidgwick viết "co-valent link", và cụm "covalent bond" quen thuộc ngày nay chỉ được ghi nhận lần đầu vào khoảng năm 1939. Bản chất vật lý của nó phải chờ đến năm 1927, khi Heitler và London dùng phương trình sóng để tính năng lượng liên kết trong phân tử .
Kéo thanh số cặp dùng chung — nhìn hố thế năng sâu thêm và dịch sang trái
Kéo tham số, thấy khái niệm chuyển động — mở khoá bằng tài khoản 0đ.
Khi đề nói "liên kết cộng hóa trị vẫn nguyên vẹn", hãy loại mọi đáp án đổi loại liên kết.
Câu dẫn đã tự trao cho bạn một dữ kiện chốt: khung cộng hóa trị không đổi thì thành phần và thứ tự nguyên tử không đổi. Nhờ đó chỉ còn đáp án nói về hình dạng và chức năng là hợp lý, và đó gần như luôn là đáp án đúng.
Ở phần tự luận, phải viết rõ loại lực nào bị phá vỡ thì mới có điểm giải thích.
Giám khảo tìm cụm từ cụ thể như "liên kết hydrogen giữa các phân tử" hay "liên kết cộng hóa trị trong mạch", chứ không chấp nhận chữ "liên kết" chung chung. Hãy gắn mỗi hiện tượng với đúng một loại lực, kèm một câu so sánh độ mạnh.
(a) NaCl chỉ có liên kết ion; CH₃OH và CO₂ chỉ có liên kết cộng hóa trị (phân cực). (b) Chỉ NH₄NO₃ chứa đồng thời cả hai: các ion NH₄⁺ và NO₃⁻ hút nhau bằng liên kết ion, còn N–H trong NH₄⁺ và N–O trong NO₃⁻ là liên kết cộng hóa trị. Dấu hiệu nhận ra nhanh trong phòng thi là công thức có mặt một ion đa nguyên tử ghép với ion trái dấu.
Ở 90 °C, năng lượng nhiệt cỡ 3,0 kJ·mol⁻¹ đủ để phá dần các liên kết hydrogen 20 kJ·mol⁻¹ nhưng kém xa liên kết cộng hóa trị C–C 348 kJ·mol⁻¹ — nhỏ hơn khoảng 17,4 lần rào cộng hóa trị. Do đó polymer mất hình dạng xoắn mà khung mạch vẫn nguyên vẹn, khối lượng mol trung bình giữ nguyên và mẫu vẫn là cùng một chất; nếu đưa về điều kiện ban đầu, mạch có thể cuộn lại vì các điểm hút bị mất chỉ là tương tác yếu, không phải liên kết cộng hóa trị bị cắt.