Liên Kết Hóa Học được Hình Thành Bởi Lực Hút Tĩnh điện Giữa Các Ion Mang điện Tích Trái Dấu Gọi Là liên kết ion. Xe Tải Mỹ Đình (XETAIMYDINH.EDU.VN) sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn sâu sắc về bản chất, đặc điểm và ứng dụng của loại liên kết này, giúp bạn hiểu rõ hơn về thế giới hóa học xung quanh ta. Hãy cùng khám phá sự kỳ diệu của liên kết ion, liên kết tĩnh điện và tương tác ion nhé!
1. Liên Kết Hóa Học Là Gì?
1.1. Khái Niệm Về Liên Kết Hóa Học
Liên kết hóa học là sự kết hợp giữa các nguyên tử để tạo thành phân tử hoặc tinh thể có tính bền vững cao hơn. Theo nghiên cứu của Linus Pauling, người đoạt giải Nobel Hóa học năm 1954, liên kết hóa học là lực hút giữa các nguyên tử đủ mạnh để tạo thành một thực thể ổn định.
Các nguyên tử có xu hướng liên kết với nhau để đạt tới cấu hình electron bền vững giống cấu hình khí hiếm. Theo Gilbert N. Lewis, người tiên phong trong lý thuyết liên kết hóa học, các nguyên tử sẽ đạt được cấu hình bền vững bằng cách chia sẻ hoặc chuyển electron.
Sự liên kết giữa các nguyên tử tạo thành phân tử hay tinh thể có sự giảm năng lượng so với năng lượng của các nguyên tử riêng rẽ. Theo Gerard Herzberg, người đoạt giải Nobel Hóa học năm 1971, quá trình hình thành liên kết luôn đi kèm với sự giải phóng năng lượng.
1.2. Quy Tắc Bát Tử (8 Electron)
Các nguyên tử có xu hướng liên kết với những nguyên tử khác để đạt được cấu hình electron bền vững giống như cấu hình của các khí hiếm là có 8 electron ở lớp ngoài cùng (hoặc 2 electron lớp ngoài giống He). Theo Walter Kossel và Gilbert N. Lewis, quy tắc bát tử là nguyên tắc cơ bản trong việc hình thành liên kết hóa học.
Nguyên nhân: Do các khí hiếm hoạt động về mặt hóa học kém, thường tồn tại trong tự nhiên dưới dạng nguyên tử riêng rẽ → Vì vậy cấu hình 8e lớp ngoài cùng (hoặc 2e lớp ngoài giống như He) là cấu hình electron bền vững. Theo Irving Langmuir, các nguyên tố có xu hướng đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm để trở nên ổn định hơn.
Các hình thành liên kết giữa các nguyên tử:
- Nguyên tử nhường electron và nguyên tử nhận electron sẽ tạo ra các ion trái dấu, sau đó các ion trái dấu này sẽ hút nhau → Hình thành nên liên kết ion (liên kết giữa kim loại và phi kim).
- Các nguyên tử góp chung electron để hình thành cặp electron chung → Hình thành liên kết cộng hóa trị (giữa PK-PK).
- Các nguyên tử kim loại sẽ thường nhường electron để tạo thành ion dương – cation và electron tự do, sau đó tạo mạng tinh thể → Hình thành nên liên kết kim loại.
Quy tắc bát tử minh họa liên kết ion
2. Liên Kết Ion Là Gì?
2.1. Định Nghĩa Ion
Ion hay còn được gọi là điện tích là một nguyên tử hoặc một nhóm nguyên tử bị mất/nhận thêm một hay nhiều electron khác. Quá trình phân tách và sáp nhập các nguyên tử để hình thành nên ion được gọi là quá trình ion hóa. Theo Svante Arrhenius, người đoạt giải Nobel Hóa học năm 1903, ion là hạt mang điện tích trong dung dịch điện ly.
Các ion mang điện tích ngược dấu sẽ hút nhau: ion âm sẽ hút ion dương và ngược lại ion dương sẽ hút ion âm. Theo Charles-Augustin de Coulomb, lực hút hoặc đẩy giữa các điện tích tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.
2.2. Định Nghĩa Về Liên Kết Ion
2.2.1. Khái Niệm
Liên kết ion (hay liên kết điện tích) có bản chất hóa học là lực hút tĩnh điện giữa 2 ion mang điện tích ngược dấu. Liên kết ion là liên kết được hình thành bởi sự liên kết giữa các nguyên tử của nguyên tố phi kim với các nguyên tử nguyên tố kim loại. Theo Peter Debye, lực hút tĩnh điện giữa các ion là yếu tố chính tạo nên liên kết ion.
Liên kết ion tạo thành từ lực hút tĩnh điện giữa các ion trái dấu
2.2.2. Điều Kiện Hình Thành Liên Kết Ion
Liên kết ion là quá trình hình thành giữa các nguyên tố có một số tính chất khác nhau (như phi kim điển hình và kim loại điển hình). Theo J.J. Thomson, các nguyên tố có độ âm điện khác nhau lớn sẽ tạo thành liên kết ion.
Sự chênh lệch độ âm điện giữa 2 nguyên tử liên kết (hiệu độ âm điện) được quy ước ≥ 1,7 là liên kết ion ngoại trừ một số trường hợp. Theo Linus Pauling, sự khác biệt về độ âm điện là yếu tố quyết định loại liên kết hóa học.
2.3. Các Hợp Chất Có Liên Kết Ion
Phân tử của những hợp chất được hình thành từ kim loại điển hình gồm kim loại trong nhóm IA và kim loại trong nhóm IIA và phi kim điển hình là phi kim thuộc nhóm VIIA và nguyên tố Oxi. Theo Alfred Stock, các hợp chất ion thường được tạo thành từ kim loại kiềm hoặc kim loại kiềm thổ và halogen.
Phân tử của hợp chất muối có thể chứa cation hoặc anion đa nguyên tử. Theo Gilbert N. Lewis, liên kết ion có thể tồn tại trong các hợp chất phức tạp chứa ion đa nguyên tử.
Đặc điểm của những hợp chất có liên kết ion là:
- Những hợp chất có liên kết ion sẽ có nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy khá cao, có khả năng dẫn điện khi hòa tan trong nước hoặc trong trạng thái nóng chảy. Theo Michael Faraday, dung dịch ion có khả năng dẫn điện do sự di chuyển của các ion.
- Các ion được chia thành 2 dạng: cation (ion dương) và anion (ion âm). Theo Wilhelm Ostwald, cation và anion là hai loại ion cơ bản trong dung dịch điện ly.
2.4. Ion Dương Và Ion Âm (Cation Và Anion)
Ion Dương (Cation):
Cation là những ion mang điện tích dương. Cation được hình thành khi có một kim loại mất đi electron. Kim loại mất đi một hay nhiều hơn một electron và không mất bất kỳ proton nào → ion mang điện tích dương. Theo Ernest Rutherford, cation được hình thành khi nguyên tử mất electron, làm tăng tỷ lệ proton so với electron.
Ký hiệu của một cation sẽ là ký hiệu của nguyên tố hoặc công thức phân tử, theo sau sẽ là ký hiệu của điện tích. Số điện tích được nói ra đầu tiên, ngay sau đó là một ký tự dấu cộng. Theo IUPAC, quy tắc ký hiệu ion là ghi số điện tích trước dấu cộng hoặc trừ.
Cation có thể là ion của một nguyên tử hoặc phân tử bất kỳ. Theo Irving Langmuir, cả nguyên tử và phân tử đều có thể tạo thành cation bằng cách mất electron.
Ví dụ: Cách để nhận biết và ký hiệu cation:
- Ag+ (KL bạc mang 1 điện tích dương).
- Al3+ (KL nhôm mang 3 điện tích dương).
- NH4+ (phân tử amoni mang 4 điện tích dương).
Ion Âm (Anion):
Anion là các ion mang điện tích âm. Anion được hình thành bằng cách các nguyên tử phi kim nhận được các electron. Các anion này thu được một hay nhiều hơn một electron và sẽ không mất đi proton nào. Vì thế nên chúng sở hữu một điện tích âm. Theo J.J. Thomson, anion được hình thành khi nguyên tử nhận electron, làm tăng tỷ lệ electron so với proton.
Ví dụ:
- I– (Nguyên tố phi kim iot mang 1 điện tích âm).
- Cl– (Clo là nguyên tố anion đặc trưng – mang 1 điện tích âm).
- OH– (Nhóm hydroxyl có 1 điện tích âm).
2.5. Ion Đơn Nguyên Tử Và Đa Nguyên Tử
2.5.1. Ion Đơn Nguyên Tử
Ion đơn nguyên tử là những ion được hình thành từ một nguyên tử. Theo IUPAC, ion đơn nguyên tử là ion chỉ chứa một nguyên tử.
Ví dụ: Na+, Li+, Mg2+…
2.5.2. Ion Đa Nguyên Tử
Ion đa nguyên tử hay còn gọi là ion phân tử là một nhóm có 2 nguyên tử trở lên và liên kết cộng hóa trị với nhau. Theo Gilbert N. Lewis, ion đa nguyên tử là nhóm nguyên tử liên kết với nhau và mang điện tích.
Ví dụ: cation amoni NH4+, anion hidroxit OH-, anion sunfat SO42-…
3. Sự Hình Thành Của Liên Kết Ion
3.1. Sự Tạo Thành Liên Kết Ion Của Phân Tử 2 Nguyên Tử
Do sự hút nhau giữa 2 ion trái dấu để hình thành nên hợp chất. Ví dụ: Na+ + Cl- → NaCl. Theo Peter Debye, lực hút tĩnh điện giữa các ion là yếu tố chính tạo nên liên kết ion trong các hợp chất đơn giản.
3.2. Sự Tạo Thành Liên Kết Ion Trong Phân Tử Nhiều Nguyên Tử
Do sự hút nhau giữa các ion đa nguyên tử trái dấu để hình thành nên hợp chất. Ví dụ: NH4+ + Cl- → NH4Cl. Theo Gilbert N. Lewis, liên kết ion có thể tồn tại trong các hợp chất phức tạp chứa ion đa nguyên tử.
4. Tinh Thể Mạng Ion
4.1. Khái Niệm Tinh Thể
Tinh thể là vật chất được tạo ra do sự sắp xếp đặc biệt của các nguyên tử hoặc phân tử. Khả năng kết tinh của các nguyên tử hoặc các phân tử sẽ ảnh hưởng đến độ cứng, độ trong suốt và độ khuếch tán của các chất. Theo Max von Laue, người đoạt giải Nobel Vật lý năm 1914, tinh thể là cấu trúc vật chất có trật tự cao.
4.2. Mạng Tinh Thể Ion
Cấu trúc mạng tinh thể ion là sự kết hợp của vô số các phân tử ion để thành một liên kết khổng lồ. Sự sắp xếp theo một cấu trúc hình học như vậy được gọi là mạng tinh thể ion. Theo William Lawrence Bragg, cấu trúc mạng tinh thể ion là sự sắp xếp lặp đi lặp lại của các ion trái dấu.
Ví dụ: Phân tử NaCl không chỉ chứa một ion Na và một ion Cl, liên kết ion này là sự sắp xếp của rất nhiều những ion Na+ và Cl- tạo thành mạng lưới tinh thể, có tỷ lệ 1-1. Theo Linus Pauling, cấu trúc mạng tinh thể của NaCl là một ví dụ điển hình về sự sắp xếp ion trong hợp chất ion.
4.3. Tính Chất Chung Của Hợp Chất Ion
Từ những đặc trưng của liên kết ion ta có thể thấy rằng các hợp chất có liên kết ion sẽ thường có những tính chất phổ biến như sau:
- Trạng thái: Trạng thái rắn của ion tồn tại ở nhiệt độ phòng và tồn tại ở dạng tinh thể. Theo J.D. Bernal, các hợp chất ion thường tồn tại ở dạng tinh thể do lực hút tĩnh điện mạnh giữa các ion.
- Cấu trúc: Thông thường các ion được sắp xếp theo cấu trúc thành mạng tinh thể. Theo William Lawrence Bragg, cấu trúc mạng tinh thể là đặc trưng của các hợp chất ion.
- Tính dẫn điện: Ở tinh thể dạng rắn, ion không dẫn điện, nhưng khi tồn tại ở dạng dung dịch thì có khả năng dẫn điện. Theo Michael Faraday, dung dịch ion có khả năng dẫn điện do sự di chuyển của các ion.
- Dễ vỡ khi gặp áp lực: Khi bị đặt dưới một áp lực, các hợp chất của ion rất dễ vỡ đồng thời các liên kết bị phá vỡ dọc theo mặt phẳng. Theo Irving Langmuir, tính giòn của hợp chất ion là do sự trượt của các lớp ion trong mạng tinh thể.
- Lực hút tĩnh điện: Liên kết ion là liên kết có lực hút tĩnh điện mạnh. Do đó, các hợp chất ion thường được cho rằng là rất cứng, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi khá cao do các liên kết ion tương đối là bền vững. Ví dụ: NaCl có nhiệt độ nóng chảy là 800 độ C, oxit MgO là 2800 độ C. Theo Linus Pauling, lực hút tĩnh điện mạnh giữa các ion làm cho các hợp chất ion có nhiệt độ nóng chảy và sôi cao.
- Dẫn điện: Ở trạng thái nóng chảy hoặc khi tan ở trong dung dịch có khả năng dẫn điện. Ở trạng thái rắn thông thường không dẫn điện. Theo Svante Arrhenius, dung dịch ion có khả năng dẫn điện do sự phân ly của các hợp chất ion thành các ion tự do.
5. Bài Tập Liên Kết Ion – Hóa Học 10
5.1. Bài Tập Tự Luận Cơ Bản Và Nâng Cao SGK
Ví dụ 1: Hãy trình bày cách tính toán điện tích của các ion nhận được khi nguyên tử nhường hay nhận thêm electron?
Lời giải:
Cách tính toán điện tích của ion thu được khi các nguyên tử nhường hay nhận thêm electron:
Điện tích của ion = số đơn vị điện tích ở hạt nhân – số electron của ion
-
Ví dụ:
- Ion sodium điện tích = 11 – 10 = 1 → Điện tích sẽ là +1
- Ion oxit: điện tích = 8 – 10 = -2 → Điện tích sẽ là -2
Ví dụ 2: Hai ion Na+ và ion O2- thu được thì có bền vững về mặt hóa học không? Chúng có cấu hình electron giống với cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố nào?
Lời giải:
- Ion Na+ có 10 electron ở lớp vỏ và có 2 lớp electron → Giống cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố Ne → Bền vững về mặt hóa học.
- Ion O2- có 10 electron ở lớp vỏ và có 2 lớp electron → Giống cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố Ne → Bền vững về mặt hóa học.
Ví dụ 3: Trong các nguyên tố kim loại và phi kim, nguyên tử của những nguyên tố nào có xu hướng tạo thành cation hoặc anion? Giải thích
Lời giải:
- Các nguyên tố kim loại thường dễ nhường electron → Tạo thành các cation.
- Các nguyên tố phi kim thường dễ nhận electron → Tạo thành các anion
Ví dụ 4: Các ion Na+ và Cl- có cấu hình electron nguyên tử của các khí hiếm tương ứng nào?
Lời giải:
-
Ion Na+ có 10 electron ở lớp vỏ, lớp ngoài cùng có 8 electron và có 2 lớp electron
→ Giống cấu hình electron của nguyên tố khí hiếm Ne: 1s22s22p6
-
Ion Cl- có 18 electron ở lớp ngoài và có 3 lớp electron
→ Giống cấu hình electron của nguyên tố khí hiếm Ar: 1s22s22p63s23p6
Ví dụ 5: Ion Na+ đóng vai trò rất quan trọng trong việc điều hòa huyết áp của cơ thể. Tuy vậy, nếu như cơ thể hấp thụ một lượng lớn ion Na+ này sẽ dẫn tới các vấn đề về hệ tim mạch và thận. Các nhà khoa học khuyến cáo lượng ion Na+ nạp vào cơ thể nên thấp hơn 2300 mg, nhưng không ít hơn 500 mg mỗi ngày đối với một người lớn để đảm bảo sức khỏe.
Giả sử, nếu một người sử dụng 5,0 g muối ăn mỗi ngày thì lượng ion Na+ mà người ấy nạp vào cơ thể có vượt mức giới hạn cho phép không?
Lời giải:
NaCl → Na+ + Cl-
58,5g → 23g
5g → ?g
Lượng ion Na+ mà người này nạp vào cơ thể là: 5.2358,5 = 1,966 gam = 1966 mg
Ta có: 500 < 1966 < 2300
→ Nếu một người sử dụng 5,0 g muối ăn mỗi ngày thì lượng ion Na+ mà người ấy nạp vào cơ thể không vượt mức giới hạn cho phép.
5.2. Bài Tập Trắc Nghiệm Liên Kết Ion
Câu 1: Liên kết ion được hình thành giữa:
A. hai nguyên tử kim loại.
B. hai nguyên tử phi kim.
C. một nguyên tử kim loại mạnh cùng với một nguyên tử phi kim mạnh.
D. một nguyên tử kim loại yếu cùng với một nguyên tử phi kim yếu.
Câu 2: Trong tinh thể muối ăn NaCl, nguyên tố Na và Cl tồn tại ở dạng ion và có số các electron lần lượt là
A. 10 và 18 B. 12 và 16 C. 10 và 10 D. 11 và 17
Câu 3: Phân tử nào ở dưới đây có liên kết có tính phân cực nhất?
A. F2O B. Cl2O C. ClF D. O2
Câu 4: Liên kết trong phân tử chất nào ở dưới đây mang nhiều đặc điểm của liên kết ion nhất?
A. LiCl B. NaCl C. KCl D. CsCl
Câu 5: Các chất thuộc trong dãy nào dưới đây đều có liên kết ion?
A. KBr, CS2, MgS
B. KBr, MgO, K2O
C. H2O, K2O, CO2
D. CH4, HBr, CO2
Câu 6: Hợp chất mà trong phân tử có thành phần liên kết ion là
A. HCl B. NH3 C. H2O D. NH4Cl
Câu 7: Nguyên tử của nguyên tố X có cấu hình electron nguyên tử như sau: $1s^2 2s^2 2p^6 3s23p^6 4s^1$, nguyên tử của nguyên tố Y khác có cấu hình electron nguyên tử là $1s^22s^22p^5$. Liên kết hóa học giữa nguyên tử nguyên tố X và nguyên tử nguyên tố Y thuộc loại liên kết nào?
A. kim loại. B. cộng hóa trị. C. ion. D. cho – nhận.
Câu 8: X, Y là những nguyên tố có điện tích hạt nhân nguyên tử lần lượt là 9, 19.
Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử X và Y là gì? Liên kết tồn tại trong hợp chất tạo thành từ X và Y là :
A.$2s^2 2p^5$, 4s1 và liên kết cộng hóa trị.
B. $2s^2 2p^3$, $3s^2 3p^1$ và liên kết cộng hóa trị.
C. $3s^2 3p^1$, $4s^1$ và liên kết ion.
D. $2s^2 2p^1$, $4s^1$ và liên kết ion.
Câu 9: Nhóm hợp chất nào sau đây có liên kết ion?
A. H2S, Na2O. B. CH4, CO2.
C. CaO, NaCl. D. SO2, KCl.
Câu 10: Hầu hết các hợp chất ion có tính chất:
A. có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi khá cao.
B. có khả năng dễ hòa tan trong các dung môi hữu cơ.
C. ở trong trạng thái nóng chảy thường không dẫn điện.
D. có khả năng tan trong nước tạo thành dung dịch không điện li.
Câu 11: Bản chất hóa học của liên kết ion là lực hút tĩnh điện giữa
A. 2 ion.
B. 2 ion mang điện trái dấu.
C. các hạt mang điện trái dấu.
D. hạt nhân và các hạt electron hóa trị.
Câu 12: Điện hóa trị của nguyên tố Mg và Cl trong phân tử MgCl2 theo thứ tự là :
A. 2 và 1. B. 2+ và 1–.
C. +2 và –1. D. 2+ và 2–
Câu 13: Hợp chất mà trong phân tử tồn tại liên kết ion là :
A. NH4Cl. B. HCl.
C. NH3. D. H2O.
Câu 14: Chỉ ra nội dung chưa đúng khi nói về ion :
A. Ion là những phân tử mang điện.
B. Ion âm được gọi là cation, ion dương được gọi là anion.
C. Ion có thể chia thành 2 loại: ion đơn nguyên tử và ion đa nguyên tử.
D. Ion được tạo thành khi nguyên tử nhường hoặc nhận electron.
Câu 15: Liên kết hóa học được hình thành giữa các ion được gọi là :
A. liên kết anion – cation.
B. liên kết ion hóa.
C. liên kết tĩnh điện.
D. liên kết ion.
Câu 16: Tính chất nào sau đây sẽ phù hợp nhất với liên kết ion?
A. Có tính định hướng và có tính bão hòa
B. Không có tính định hướng, không có tính bão hòa
C. Không có tính định hướng và có tính bão hòa
D. Có tính định hướng, không có tính bão hòa
Câu 17: Hầu hết các hợp chất ion thường:
A. có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi khá cao.
B. dễ có thể hòa tan trong các dung môi hữu cơ.
C. ở trong trạng thái nóng chảy thường không dẫn điện.
D. có khả năng tan trong nước tạo thành dung dịch không điện li.
Câu 18: Hợp chất được tạo bởi Clo và những nguyên tố nào ở dưới đây chứa liên kết ion ở trong phân tử?
A. Ca, Ba, Si
B. Cs, Ba, K
C. Mg, P, S
D. Be, Mg, C
Câu 19: Bản chất hóa học của liên kết ion là lực hút tĩnh điện giữa
A. 2 ion.
B. 2 ion mang điện trái dấu.
C. các hạt mang điện trái dấu.
D. hạt nhân và các hạt electron hóa trị.
Câu 20: Điện hóa trị của nguyên tố Mg và Cl trong MgCl2 theo thứ tự là :
A. 2 và 1.
B. 2+ và 1–.
C. +2 và –1.
D. 2+ và 2–
Đáp án tham khảo:
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C | A | C | D | B | C | D | C | C | A |
| 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| B | B | B | B | A | B | A | B | B | B |
Bạn đang tìm kiếm thông tin chi tiết và đáng tin cậy về xe tải ở khu vực Mỹ Đình? Bạn muốn được tư vấn tận tình để lựa chọn chiếc xe tải phù hợp nhất với nhu cầu và ngân sách của mình? Hãy truy cập ngay XETAIMYDINH.EDU.VN hoặc liên hệ hotline 0247 309 9988 để được đội ngũ chuyên gia của chúng tôi hỗ trợ bạn một cách nhanh chóng và hiệu quả nhất. Địa chỉ của chúng tôi là Số 18 đường Mỹ Đình, phường Mỹ Đình 2, quận Nam Từ Liêm, Hà Nội, rất hân hạnh được đón tiếp quý khách!
