LIÊN KẾT YẾU LIÊN KẾT HYDROGEN LIÊN KẾT VANDERWAALS

KHOA SƯ PHẠM KHOA HỌC TỰ NHIÊN
NGÀNH SƯ PHẠM HÓA HỌC

CÁC LOẠI LIÊN KẾT YẾU
LIÊN KẾT VAN DER WAALS – LIÊN KẾT HYDROGEN

TIỂU LUẬN HỌC PHẦN
HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG 1

Giảng viên hướng dẫn: TS. Đặng Xuân Dự

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2022


1

Lời mở đầu
Nhận thấy tầm quan trọng trong việc giảng dạy kiến thức phần liên kết yếu trong
chương trình giáo dục phổ thơng tơi và nhóm của mình đã cùng nhau thực hiện một bài báo
cáo có liên quan. Trong báo cáo chúng tơi trình bày tương đối đầy đủ cơ sở lý thuyết về
liên kết yếu, ứng dụng giải thích một số hiện tượng thực tế. Ngồi ra, cịn xây dựng một số
bài tập áp dụng. Xây dựng quan điểm trong việc nâng cao chất lượng giảng dạy nội dung
liên kết yếu mong muốn mang lại nguồn tài liệu tham khảo đáng tin cậy cho bạn đọc.
Trong quá trình soạn khơng tránh khỏi những sai sót mong được nghe những lời nhận xét,
từ đó nhóm của tơi có cơ sở hồn thiện thêm bài báo cáo của mình.
Người thực hiện
Hồng Văn Vương
Phạm Anh Khoa
Nguyễn Ngọc Trúc My

trưởng nhóm

thành viên
thành viên


2

MỤC LỤC
Lời mở đầu ........................................................................................................................... 1
MỤC LỤC ............................................................................................................................ 2
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 3
1. Lí do chọn đề tài ........................................................................................................... 3
2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................... 3
3. Nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................................................... 3
4. Các phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 4
NỘI DUNG ........................................................................................................................... 5
1. Liên kết yếu .................................................................................................................. 5
2. Nội dung liên kết Van Der Waals ............................................................................... 5
2.1. Khái niệm về liên kết Van Der Waals ..................................................................... 5
2.2. Các loại tương tác chính trong lực Van Der Waals ................................................ 6
2.2.1. Lực tương tác lưỡng cực – lưỡng cực .............................................................. 8
2.2.2. Lực tương tác lưỡng cực – lưỡng cực cảm ứng ............................................... 9
2.2.3. Lực tương tác lưỡng cực cảm ứng – lưỡng cực cảm ứng ................................ 9
2.2.4. Lực đẩy Van der waals .................................................................................. 11
2.3. Ảnh hưởng của liên kết Van Der Waals tới tính chất vật lý của các chất ............. 11
2.4. Liên kết Van Der Waals trong chương trình hóa học phổ thơng .......................... 12
2.4.1. Phạm vi giảng dạy nội dung liên kết Van Der Waals tại trường THPT ........ 12
2.4.2. Các giải pháp nâng cao chất lượng giảng dạy nội dung liên kết Van Der
Waals tại trường THPT ................................................................................................ 12
2.5. Bài tập tham khảo.................................................................................................. 12
3. Nội dung liên kết hydrogen ....................................................................................... 13

3.1. Bản chất của liên kết hydrogen ............................................................................. 13
3.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới độ bền của liên kết Hydrogen ...................................... 14
3.3. Phân loại liên kết Hydrogen .................................................................................. 15
3.3.1. Liên kết Hydrogen liên phân tử ..................................................................... 15
3.3.2. Liên kết Hydrogen nội phân tử ...................................................................... 15
3.4. Ảnh hưởng của liên kết Hydrogen tới tính chất vật lý của các chất ..................... 16
3.5. Liên kết Hydrogen trong chương trình hóa học phổ thông ................................... 17
3.5.1. Phạm vi giảng dạy nội dung liên kết Hydrogen tại trường THPT ................. 17
3.5.2. Các giải pháp nâng cao chất lượng giảng dạy nội dung liên kết Hydrogen tại
trường THPT ................................................................................................................ 17
3.6. Bài tập tham khảo.................................................................................................. 17
KẾT LUẬN ......................................................................................................................... 20
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 21


3

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Chương trình Hóa học năm 2018, đã có những sự thay đổi, cập nhật lớn về mặt kiến
thức mà học sinh sẽ được học tại trường phổ thơng. Đối với mơn hóa học, bên cạnh những
kiến thức cũ, có sự bổ xung thêm một số nội dung kiến thức hoàn toàn mới mẻ hoặc đã
được chỉnh sửa tùy theo mức độ. Điều này bước đầu gây khó khăn cho cả giáo viên và học
sinh trong việc dạy và học các nội dung mới này. Đây là lý do tơi và hai thành viên trong
nhóm đã cùng nhau hệ thống hóa một số nội dung kiến thức mới xuất hiện trong chương
trình giáo dục phổ thơng mới, với mục đích làm tài liệu tham khảo cho giáo viên và học
sinh trong việc tìm hiểu các nội dung liên quan. Bài báo cáo này cung cấp các cơ sở lý
thuyết về liên kết yếu (liên kết hydrogen và liên kết Van Der Waals) làm nền tảng kiến
thức tham khảo cho giáo viên và học sinh. Bên cạnh đó bài báo cáo cịn xây dựng quan
điểm trong việc nâng cao chất lượng giảng dạy phần liên kết yếu trong chương trình giáo

dục phổ thơng. Và cịn xây dựng hệ thống bài tập áp dụng mong muốn đem lại một cái
nhìn tổng quát về phần liên kết yếu và một số biện pháp cụ thể trong việc nâng cao chất
lượng giảng dạy.

2. Mục tiêu nghiên cứu
- Hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về liên kết yếu (liên kết hidro và liên kết van der waals).
- Cung cấp tư liệu tham khảo cho học sinh và giáo viên trong việc tìm hiểu các nội dung
kiến thức về liên kết yếu.
- Chỉ ra một số quan điểm trong việc nâng cao chất lượng dạy học nội dung liên kết yếu
trong chương trình Hóa học trung học phổ thơng.

3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu, hệ thống hóa cơ sở lý thuyết nội dung liên kết yếu (liên kết hydrogen và
liên kết Van Der Waals).
- Nghiên cứu nội dung liên kết yếu trong cả 3 bộ sách giáo khoa Hóa học lớp 10 theo
chương trình mới (sách Kết nối tri thức, sách Chân trời sáng tạo, sách Cánh diều).
- Xây dựng quan điểm, định hướng nâng cao chất lượng giảng dạy phần liên kết yếu
trong chương trình giáo dục phổ thông.
- Ứng dụng hệ thống cơ sở lý thuyết, xây dựng bài tập vận dụng về giải thích tính chất
vật lý của các chất thông qua bản chất liên kết yếu.


4

4. Các phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tham khảo các tài liệu có liên quan tới liên kết
yếu trong và ngoài nước.


5

NỘI DUNG
1. Liên kết yếu
Liên kết yếu là một nội dung kiến thức thú vị mang nhiều ý nghĩa thực tế trong ứng
dụng. Ngồi ra liên kết yếu cịn giúp giải thích các hiện tượng vật lý bất thường của một số
chất. Như việc giải thích trạng thái tồn tại của chất, thông thường ta quan sát thấy chất tồn
tại ở 3 pha là rắn, lỏng, khí ngồi ra cịn trạng thái plasma. Khi ở trạng thái khí, các lực liên
kết yếu không thắng được động năng của phân tử do đó chúng khuếch tán và tồn tại ở dạng
khí. Khi các lực liên kết này đủ mạnh để giữ các phân tử khơng tách ra khỏi nhau nhưng có
thể trượt trên nhau thì chất tồn tại ở thể lỏng. Còn thể rắn là khi lực liên kết yếu đủ mạnh
để thắng động năng của phân tử, làm cho nó duy chuyển cố định quanh vị trí cân bằng.
Việc nắm lý thuyết về liên kết yếu là quan trọng trong việc giải thích tính chất vật
lý của chất, hoặc nâng cao hơn là giải thích khả năng phản ứng của các chất. Do đó việc
dạy nội dung này cũng quan trọng khơng kém, sau đây tơi và nhóm của mình sẽ trình bày
cơ sở lý thuyết về hai loại liên kết yếu đó là liên kết Van Der Waals và liên kết hydrogen.

2. Nội dung liên kết Van Der Waals
2.1.

Khái niệm về liên kết Van Der Waals
Liên kết Van Der Waals được sử dụng cùng nghĩa

với các thuật ngữ Lực Van Der Waals hay tương tác Van
Der Waals để chỉ một loại tương tác giữa các phân tử khi
chúng tiếp xúc với nhau. Đặt theo tên nhà vật lí Hà Lan
Johannes Diderik Van Der Waals, người giải thích bản
chất của liên kết Van Der Waals do chính ơng đưa ra
năm 1873 khi ông đang cố gắng phát triển một mô hình
có thể giải thích hành vi của chất lỏng bằng cách đưa vào
các thuật ngữ phản ánh kích thước của nguyên tử hoặc

phân tử trong chất lỏng và cường độ của lực giữa các nguyên tử hoặc phân tử [1].
Cũng mang bản chất của lực hút tĩnh điện, nhưng lực Van Der Waals là một lực
yếu giữa các phân tử. Các electron liên tục quay quanh hạt nhân và tình cờ chúng có thể
đến gần nhau. Sự tập trung khơng đồng đều của các điện tử có thể làm cho một bên của
nguyên tử tích điện âm hơn bên kia, tạo ra một lưỡng cực tạm thời [2]. Từ đó lực Van Der
Waals sinh ra bởi lực hút giữa các lưỡng cực hoặc lưỡng cực cảm ứng (ký hiệu tương ứng


6
là p và p’) và nhanh chóng biến mất khi các phân tử cách xa nhau được biểu diễn theo biểu
thức sau:

p.p '
F~ n
r

(n > 2) [3]

Liên kết Van Der Waals được tạo ra bởi 3 loại lực hút chính sẽ tìm hiểu ở phần tiếp
theo.

Các loại tương tác chính trong lực Van Der Waals

2.2.

Trước khi tìm hiểu về các lực hút tham gia tạo nên liên kết Van Der Waals ta cần
nhắc lại một số quan điểm về sự phân cực liên kết trong phân tử, bởi đây chính là một phần
quan trọng trong việc tìm hiểu sự hình thành các lực hút trong liên kết Van Der Waals khi
sự phân cực làm cho một phân tử đang xét trở thành một lưỡng cực, và chính những lưỡng
cực này sẽ hút nhau tạo thành lực Van Der Waals.

Sự khác biệt đủ lớn về độ âm điện giữa hai nguyên tử liên kết trực tiếp với nhau
trong một phân tử thì liên kết đó được cho là có cực hay nói cách khác là liên kết bị phân
cực ( 

 0 ). Cực của một liên kết có thể được biểu diễn bằng mũi tên có dấu cộng ở đầu

dương và đầu mũi tên hướng về phía đầu âm là nguyên tử có độ âm điện lớn hơn. Độ lớn
của độ phân cực của một liên kết được đánh giá bằng momen lưỡng cực và đại lượng này
phụ thuộc vào 2 yếu tố [1]:
(1) Độ lớn điện tích
(2) Khoảng cách giữa cực âm và cực dương
Xét một số ví dụ điển hình đối với: HCl; H2O.
•

HCl

Độ âm điện của Cl: 3,16 trong khi độ âm điện của H: 2,2. Do đó trong liên kết H-Cl
chúng ta có thể xác định đầu dương là H cịn âm là Cl:

•

H2O

Độ âm điện của O: 3,44 trong khi độ âm điện của H: 2,2. Do đó trong liên kết H-O
chúng ta có thể xác định đầu dương là H còn âm là O:


7

Cũng cần phân biệt sự phân cực của liên kết với sự phân cực phân tử. Các liên kết

trong phân tử có thể bị phân cực nhưng trong một số trường hợp do yếu tố định hướng mà
các vector momen lưỡng cực này triệt tiêu lẫn nhau làm cho tổng thể phân tử không bị
phân cực. Một cách để xác định liệu một phân tử có momen lưỡng cực hay không là lập
tổng vector momen các lưỡng cực liên kết, có tính đến độ lớn và hướng của chúng nếu kết
quả khác vector ⃗0 thì phân tử đó bị phân cực [4].
Ví dụ như trong trường hợp phân tử Methane: CH4, các liên kết C – H phân cực với
đầu âm là nguyên tử C còn đầu dương là các nguyên tử H.

Nhưng do yếu tố định hướng không gian mà 4 liên kết này chĩa về 4 hướng của một
hình tứ diện đều làm cho tổng vector momen lưỡng cực của phân từ là một vector ⃗0 do đó
phân tử CH4 không bị phân cực mặc dù cả 4 liên kết C – H đều phân cực. Điều tương tự
đối với các trường hợp của CCl4; CO2; C(CH3)4; trans-dichloroethylene,…
Một cách thống nhất trong việc tìm hiểu các lực chính tạo nên liên kết Van Der
Waals ta sẽ quy ước các lưỡng cực và các phân tử không phân cực như sau:
•

Lưỡng cực:
Vd: HCl, CHCl3, H2O, C2H5OH,…

•

Phân tử khơng bị phân cực (nhưng có liên kết phân cực):
Vd: CO2, CH4, CCl4,…

•

Phân tử khơng bị phân cực (khơng có liên kết phân cực):
Vd: Các phân tử đơn chất khí: O2, N2, H2,…

8
2.2.1. Lực tương tác lưỡng cực – lưỡng cực
Lực tương tác lưỡng cực - lưỡng cực hay trong một số tài liệu có thể gọi là lực định
hướng. Lực này mơ tả các phân tử bị phân cực có momen lưỡng cực vĩnh viễn được coi là
một lưỡng cực. Khi các lưỡng cực tiến lại gần nhau thì các đầu trái dấu sẽ hút nhau, tạo ra
sự định hướng tương đối giữa chúng sao cho hệ có năng lượng thấp nhất, ở trạng thái bền.

Hình 1: Sự định hướng của các lưỡng cực
Thế năng do lực này tạo ra được tính dựa theo hệ thức của Keesom [5]:

U LC-LC
Trong đó:

2μ 4
=− 6
3r kT

(*)

μ : momen lưỡng cực của phân tử
K : hằng số Boltzmann
T : nhiệt độ tuyệt đối Kelvin
r : được xác định theo hình 1

Dựa vào bản chất của sự hình thành lưỡng cực, hay dựa vào hệ thức trên ta đều có
thể kết luận rằng các phân tử có momen lưỡng cực càng lớn thì lực tương tác lưỡng cực –
lưỡng cực giữa chúng càng mạnh.
Xu hướng tự sắp xếp của các lưỡng cực này có thể ảnh hưởng đến các tính chất vật
lý, chẳng hạn như điểm nóng chảy của chất rắn và điểm sơi của chất lỏng [4].
Ví dụ trong trường hợp giữa 2 đồng phân của dichloroethylene:

9
2.2.2. Lực tương tác lưỡng cực – lưỡng cực cảm ứng
Nếu như tương tác lưỡng cực – lưỡng cực là tương tác sinh ra giữa các lưỡng cực
(các phân tử có momen lưỡng cực vĩnh viễn) với nhau. Thì trong tương tác lưỡng cực –
lưỡng cực cảm ứng được mô tả đơn giản là một phân tử không bị phân cực ( 

= 0 ) khi

đặt trong một điện trường (có thể của ion hay lưỡng cực) thì một liên kết không bị phân
cực hoặc một phân tử không phân cực sẽ bị phân cực tạm thời, sự phân cực này gọi là phân
cực do cảm ứng, và phân tử đó trở thành một lưỡng cực cảm ứng. Cuối cùng, các lưỡng
cực cảm ứng này lại tương tác hút với các lưỡng cực ban đầu. Chính xu hướng hình thành
lượng cực cảm ứng này mà lực này còn được gọi là lực cảm ứng.

Hình 2: Sự phân cực do cảm ứng
Thế năng của lực này tạo ra được xác định theo cơng thức của Debye [5]:

U LC-LCCU
Trong đó:

2αμ 2
=− 6
r

(**)

μ và r : có ý nghĩa như biểu thức (*) ở trên
α : hệ số phân cực

Do quá trình một lưỡng cực tạo ra điện trường làm phân cực hóa tạm thời một phân
tử, nên momen lưỡng cực của các lưỡng cực và lưỡng cực cảm ứng tạo thành sau định
hướng sẽ nhỏ hơn momen lưỡng cực ban đầu của lưỡng cực gốc làm cho lực cảm ứng yếu
hơn lực định hướng. Trong thực tế, lực cảm ứng thường rất yếu.

2.2.3. Lực tương tác lưỡng cực cảm ứng – lưỡng cực cảm ứng
Hai tương tác trước chúng ta nhận thấy đều cần có một lưỡng cực đề khơi mào q
trình tạo lực hút giữa các lượng cực – lưỡng cực hay lưỡng cực – lưỡng cực cảm ứng. Vậy
giữa các phân tử của đơn chất khí như: O2; Br2; N2,… hay các phân tử khơng phân cực
như: CH4; CCl4,…thì giữa chúng lực hút được đảm bảo bởi tương tác lưỡng cực cảm ứng –
lưỡng cực cảm ứng [3].
London đã giải thích tương tác này theo quan điểm của cơ học lượng tử. Chúng ta
có thể hình dung trong một phân tử các electron chuyển động liên tục, điều đó có nghĩa là


10
sẽ có một xác suất nào đó mật độ electron sẽ bị phân bố lệch về một phía làm cho trọng
tâm điện tích âm và điện tích dương khơng trùng nhau từ đó tạo ra một lưỡng cực tạm thời.
Lưỡng cực tạm thời này tạo ra điện trường làm cho các phân tử gần bên bị phân cực tạo
thành lưỡng cực cảm ứng, các lưỡng cực cảm ứng mới tạo thành lại lan truyền khuynh
hướng phân cực hóa các phân tử cạnh bên khác tạo ra nhiều lưỡng cực cảm ứng, sau đó
chúng xảy ra tương tác hút lẫn nhau. Chính do cơ chế lan truyền nay mà lực tương tác
lưỡng cực cảm ứng – lưỡng cực cảm ứng còn gọi là lực khuếch tán. Tuy giữa chúng vẫn có
tương tác hút lẫn nhau, nhưng không phải hằng định và khơng có chiều cố định do electron
chuyển động liên tục.

Hình 3: Sự phân cực do khuếch tán
Thế năng của tương tác này xác định theo biểu thức gần đúng của London [5]:

U LCCU-LCCU
Trong đó:

3hν o α 2
=−
4r 6

(***)

α và r : có ý nghĩa như ở biểu thức (*) và (**)

h : hằng số Planck

ν o : tần số giao động ứng với năng lượng điểm không của
phân tử.
Tương tác khuếch tan này là yếu nhất trong 3 loại lực hút nhưng nó là lực ln có
thể xuất hiện trong bất kỳ tiểu phân nào dù là ion, lưỡng cực hay phân tử khơng phân cực.
Tóm lại, lực Van der Waals trong trường hợp chung là tổng của ba loại lực kể trên
và nó là loại lực liên kết yếu. Năng lượng tương tác toàn phần Utp được định bằng tổng của
3 công thức kể trên. Utp mang dấu âm vì đây là tương tác hút (thế năng) giữa 2 phân tử khi
tạo thành liên kết Van der Waals. Giá trị tuyệt đối của Utp càng lớn thì năng lượng hệ giải
phóng càng nhiều, thế năng trở nên cực tiểu, liên kết Van der Waals càng bền.


11
2.2.4. Lực đẩy Van der waals
Khi các phân tử tiến tới gần nhau (gần hơn khoảng cách
Van Der Waals) thì giữa chúng sẽ xuất hiện lực đẩy, được gọi là
lực đẩy Van Der Waals. Khoảng cách Van Der Waals là khoảng
cách gần nhất giữa 2 hạt nhân của của 2 tiểu phân không tham

gia liên kết với nhau.

Ảnh hưởng của liên kết Van Der Waals tới tính chất vật lý của các

2.3.

chất
Nhìn chung lực Van Der Waals là một tương tác ln tồn tại giữa các phân tử. Do
đó nó cũng góp phần ảnh hưởng tới tính chất vật lý cơ bản của chất. Khi so sánh độ lớn lực
Van Der Waals với động năng của các phân tử chất, chúng ta có thể giải thích trạng thái
vật lý của chúng:
•

Khi lực Van Der Waals yếu hơn động năng của các phân tử chất. Thì các phân tử
chất sẽ khuếch tán và tách ra khỏi nhau, khi đó chúng tồn tại ở trạng thái khí.

•

Khi lực Van Der Waals mạnh ngang động năng của phân tử chất. Thì nó sẽ giữ
các phân tử chất trượt trên nhau, khi đó chất tồn tại ở trạng thái lỏng.

•

Khi lực Van Der Waals là đủ lớn để thắng động năng của phân tử chất. Thì các
phân tử chất giao động tại chỗ quanh vị trí cân bằng, khi đó ở trạng thái rắn.
Lực tương tác lưỡng cực cảm ứng – lưỡng cực cảm ứng ở trên ta đã tìm hiểu, có thể

xuất hiện ở ở bất kỳ tiểu phân nào. Nó sinh ra do sự phân bố
electron không đồng đều trên phân tử, do đó số lượng
electron là một yếu tố quyết định tới độ lớn của lực này. Càng

nhiều electron lực tương tác càng mạnh, điều này giải thích
tại sao các phân tử hợp chất hữu cơ có nhiệt độ sơi và nhiệt
độ nóng chảy nhìn chung tăng theo chiều tăng khối lượng
phân tử. Ngoài ra, tương tác lưỡng cực cảm ứng – lưỡng cực
cảm ứng cịn góp phần giải thích được hiện tượng các đơn
chất khí hóa lỏng. Ở nhiệt độ thường, bromine tồn tại ở dạng lỏng, điều này có nghĩa là
phải có một lực nào đó đủ mạnh để giữ các phân tử Br2 lại với nhau, và lực đó được giải
thích là lực tương tác lưỡng cực cảm ứng – lưỡng cực cảm ứng [1].


12

2.4.

Liên kết Van Der Waals trong chương trình hóa học phổ thông

2.4.1. Phạm vi giảng dạy nội dung liên kết Van Der Waals tại trường THPT
Về mặt nội dung kiến thức cần đạt cả 3 bộ sách giáo khoa mới đều tuân theo khung
kiến thức cần đạt của bộ giáo dục trong đó: yêu cầu học sinh sau khi học xong bài, nêu
được khái niệm lực Van Der Waals và ảnh hưởng của lực này tới nhiệt độ nóng chảy, nhiệt
độ sôi của các chất.

2.4.2. Các giải pháp nâng cao chất lượng giảng dạy nội dung liên kết Van Der
Waals tại trường THPT
- Giáo viên cần tìm hiểu kỹ, nắm chắc nội dung lý thuyết từ đó tạo sự tự tin trong việc
giảng dạy.
- Tìm tịi, nghiên cứu các phương pháp dạy học tích cực như: ứng dụng cơng nghệ
thơng tin trong việc mô phỏng các tương tác của lực Van Der Waals giúp học sinh có cái
nhìn trực quan về kiến thức. Tổ chức các hoạt động thảo luận nhóm cho học sinh làm việc
và tìm hiểu kiến thức nhỏ từ đó mở rộng, làm rõ vấn đề.

- Trong quá trình dạy học, cần đưa ra nhiều vụ dụ gần gũi, mà học sinh có thể dễ dàng
liên tưởng, liên hệ với kiến thức đang học.
- Soạn bài tập chi tiết rõ ràng, sát với nội dung kiến thức học sinh được học.
- Dặn dò kỹ lưỡng học sinh trong việc tự học, tìm hiểu bài trước tại nhà.

2.5.

Bài tập tham khảo
Bài 1: giải thích sự biến đổi nhiệt độ nóng chảy của và nhiệt độ sơi của các đồng
phân pentane.
Đồng phân

N - pentane

Isopentane

Neopentane

( o C)

-130

-160

-16,5

( o C)

36

28

9,5

Nhiệt độ

t

t

o
nc

o
s

Giải


13

N – pentane

Isopentane

Neopentane

Tính chất vật lý của các đồng phân pentane được giải thích dựa vào tương tác Van
Der Waals.
Nhiệt độ nóng chảy tăng dần từ: N – pentane → isopentane → neopentane

Là do khi ở trạng thái rắn các phân tử sắp xếp theo một trật tự nhất định. Phân tử
càng tiệm cận hình cầu thì độ xít chặt càng cao, từ đó mà khoảng cách giữa các phân tử
gần nhau làm tăng lực Van Der Waals mà nhiệt độ nóng chảy theo đó tăng theo.
Nhiệt độ sơi giảm theo chiều từ: N – pentane → isopentane → neopentane
Vì khi ở dạng lỏng, các phân tử khơng cịn xếp chặt như khi rắn, chúng chuyển
động trượt trên nhau tương đối hỗn loạn. Khi nhiệt độ cao tiệm cận độ sơi, có thể coi như
khoảng cách giửa các phân tử đồng phân pentane là như nhau, nhưng do diện tích tiếp xúc
của hình cầu (neopentane) là nhỏ nhất do đó lực Van Der Waals tương tác giữa các phân tử
neopentane là nhỏ nhất do đó nhiệt độ sơi là thấp nhất. tiếp theo đó là isopentane và N –
pentane.
Bài 2: Trong 4 nguyên tử khí hiếm Ne, Xe, Ar, Kr đâu là chất có nhiệt độ sơi cao
nhất. giải thích?
Giải
Xe là khí hiếm có nhiệt độ sơi cao nhất.
Điều này giải thích là do khi ở trạng thái lỏng các chất có kích thước ngun tử
càng lớn thì tương tác Van Der Waals càng mạnh, do đó mà Xe là khí hiếm có nhiệt độ sơi
cao nhất trong các khí hiếm trên.

3. Nội dung liên kết hydrogen
3.1.

Bản chất của liên kết hydrogen
Nguyên tử hydrogen khi liên kết trực tiếp với nguyên tử khác (ký hiệu là nguyên tử

A) có độ âm điện lớn, khi đó liên kết A – H bị phân cực mạnh về phía A, tuy nhiên vẫn


14
chưa phá vỡ liên kết hay khiến liên kết mang bản chất liên kết ion. Khi đó nguyên tử
hydrogen này gần như trở thành một “proton trần”, điều này khiến nó dễ bị hút bởi lực hút

tĩnh điện về phía một nguyên tử khác có độ âm điện lớn và cịn cặp electron hóa trị chưa
liên kết (ký hiệu là nguyên tử B). Khi đó, một liên kết yếu giữa nguyên tử hydrogen này
với nguyên tử B được hình thành. Đó là liên kết hydrogen.
Liên kết hydrogen được định nghĩa là một loại liên kết yếu được hình thành khi một
nguyên tử hydrogen đã tham gia liên kết cộng hóa trị với một nguyên tố khác có độ âm
điện lớn lại tham gia tương tác với một nguyên tử khác có độ âm điện lớn và cịn cặp
electron chưa tham gia liên kết.
Qúa trình này có thể được mơ tả như sau:

Trong đó: A: Là nguyên tố có độ âm điện lớn và bán kính nhỏ.
B: Là ngun tố có độ âm điện lớn và cịn cặp e hóa trị chưa chia.
X và Y: Là phần còn lại của phân tử.
XA – H : Gọi là hợp phần cho (H)
B – Y : Gọi là hợp phần nhận (H)
Nếu coi như liên kết hydrogen là một liên kết hóa học, điều này là khơng phù hợp
với hóa trị của hydrogen, do đó có quan điểm cho rằng liên kết hydrogen chỉ mang bản
chất lực hút tĩnh điện. Tuy nhiên trong tính tốn kỹ càng, người ta nhận thấy nó cũng mang
một phần tính chất cộng hóa trị. Điều này thực sự vẫn đang được tranh luận [6].

Các yếu tố ảnh hưởng tới độ bền của liên kết Hydrogen

3.2.

Có nhiều yếu tố chi phối độ bền liên kết hydrogen, trong đó kể tới:
•

Yếu tố định hướng: Khi cả 3 nguyên tử A, H, B cùng nằm trên một đường thẳng
thì liên kết hydrogen là mạnh nhất.

•

Độ âm điện của A và B càng lớn thì liên kết hydrogen càng mạnh.

•

Loại liên kết hydrogen được hình thành: Liên kết hydrogen nội phân tử bền hơn
liên kết hydrogen liên phân tử (sẽ tìm hiểu ở mục 3.3).

•

Các ảnh hướng từ các loại hiệu ứng do phần còn lại của phân tử quyết định.


15

Phân loại liên kết Hydrogen

3.3.

3.3.1. Liên kết Hydrogen liên phân tử
Liên kết hydrogen liên phân tử tạo nên giữa một hợp phần cho và một hợp phần
nhận riêng trên 2 phân tử (giống hoặc khác nhau).
Ví dụ biểu diễn liên kết hydrogen liên phân tử.
•

Liên kết hydrogen giữa các phân tử nước:

•

Liên kết hydrogen giữa các phân tử ammonia:

•

Liên kết hydrogen giữa alcohol và nước:

3.3.2. Liên kết Hydrogen nội phân tử
Liên kết hydrogen nội phân tử tạo nên giữa một hợp phần cho và một hợp phần
nhận cùng nằm trên một phân tử. Khi đó, hợp phần cho và nhận phải nằm ở 2 vị trí sao cho
nguyên tử H có thể tiếp cận với orbital chứa đơi electron chưa chia của B. Thường thì quá
trình này sẽ tạo thành các vịng 5, 6 cạnh và có thể 7 cạnh trong một số trường hợp.
Ví dụ biểu diễn liên kết hydrogen nội phân tử:


16
Do liên kết hydrogen nội phân tử bền hơn liên kết hydrogen liên phân tử do đó khi
đã tạo liên kết hydrogen nội phân tử thì hợp phần cho và nhận của phân tử đó có khuynh
hướng khơng tạo thêm liên kết hydrogen liên phân tử nữa. Điều này gây ra các ảnh hưởng
tới tính chất vật lý của các chất có thể tạo được liên kết hydrogen.

3.4.

Ảnh hưởng của liên kết Hydrogen tới tính chất vật lý của các chất
Liên kết hydrogen mạnh hơn liên kết Van Der Waals, do đó các hợp chất tạo được

nhiều liên kết hydrogen liên phân tử với các phân tử khác thì sẽ làm cho nhiệt độ nóng
chảy, nhiệt độ sơi cao hơn các chất không tạo được liên kết hydrogen với các phân tử khác.
Do liên kết hydrogen nội phân tử bền hơn nên các hợp phần cho và nhận có khuynh
hướng không tạo thêm liên kết hydrogen liên phân tử, điều này vơ hình chung trong phạm
vi liên kết yếu đã tìm hiểu thì những nguyên tử tự tạo liên kết hydrogen nội phân tử chỉ còn
chịu tương tác Van Der Waals. Do đó nhiệt độ sơi, nhiệt độ nóng chảy của các chất tạo liên

kết hydrogen nội phân tử thấp hơn các chất có thể tạo liên kết hydrogen liên phân tử.
Ngồi ra việc tạo thành liên kết hydrogen cịn giải thích được khả năng hịa tan vơ
hạn của alcohol vào nước. Hay đối với một số trường hợp khi hòa tan các chất lỏng vào
nhau, các chất lòng nào tạo được liên kết hydrogen với nhau thì tan tốt vào nhau.
Dựa vào liên kết hydrogen ta có thể giải thích được tính chất dị thường của nước
đá. Ở trạng thái rắn, nước đá cứng và nhẹ hơn nước lỏng và có thể tích lớn hơn so với khi ở
trạng thái lỏng. Điều này giải thích là do khi ở trạng thái rắn, nước đá có cấu trúc tinh thể
phân tử với bốn nguyên tử nước ở 4 đỉnh của một tứ diện đều, bên trong rỗng. Điều này
giải thích tại sao nước đá lại nhẹ hơn nước lỏng, là do cùng một đơn vị khối lượng nhưng
nước đá có thể tích lớn hơn (do nó tồn tại dưới dạng tinh thể phân tử) nên khối lượng riêng
của nước đá sẽ nhỏ hơn của nước lỏng, bởi vậy mà nó có thể nổi trên mặt nước. Giải thích
cho việc một phân tử nước có thể tạo liên kết với 4 phân tử nước khác, ta cần xét số lượng
hợp phần cho và nhận trên 1 phân tử nước. Mỗi phân tử nước có 2 nguyên tử H liên kết với
O còn 2 cặp e riêng, do từng nguyên tử H hay từng cặp e riêng của O đều tạo được liên kết
hydrogen với phân tử khác nên một phân tử nước tạo được liên kết hydrogen với 4 phân tử
nước khác.


17

Hình 4: Cấu tạo tứ diện của tinh thể nước đá
3.5.

Liên kết Hydrogen trong chương trình hóa học phổ thơng

3.5.1. Phạm vi giảng dạy nội dung liên kết Hydrogen tại trường THPT
Nội dung liên kết hydrogen trong chương trình giáo dục phổ thơng chỉ giới hạn ở
việc trình bày được khái niệm, vận dụng giải thích sự hình thành liên kết hydrogen với một
số nguyên tố có độ âm điện lớn như N, O, F. Biểu diễn được công thức sự tạo thành liên
kết hydrogen giữa các phân tử. Và vận dụng giải thích tính chất vật lý của nước. Nhìn

chung nội dung kiến thức tập chung ở phần cơ bản, chưa đi sâu vào giải thích nhiều tính
chất vật lý phức tạp hơn.

3.5.2. Các giải pháp nâng cao chất lượng giảng dạy nội dung liên kết
Hydrogen tại trường THPT
- Giáo viên cần tìm hiểu kỹ, nắm chắc nội dung lý thuyết từ đó tạo sự tự tin trong việc
giảng dạy.
- Trong hoạt động dạy về sự hình thành liên kết hydrogen giáo viên cần làm mẫu và lưu
ý cho học sinh các ký hiệu, điều kiện,…
- Tạo điều kiện cho học sinh được tự tay biểu diễn sự hình thành liên kết hydrogen, từ
đó tạo phản xạ trong việc xác định các chất có khả năng tạo liên kết hydrogen với nhau.
- Trong quá trình dạy học, cần đưa ra nhiều vụ dụ gần gũi, mà học sinh có thể dễ dàng
liên tưởng, liên hệ với kiến thức đang học.
- Soạn bài tập chi tiết rõ ràng, sát với nội dung kiến thức học sinh được học.
- Dặn dò kỹ lưỡng học sinh trong việc tự học, tìm hiểu bài trước tại nhà.

3.6.

Bài tập tham khảo


18
Bài 1:
a/ hãy biểu diễn liên kết hydrogen ở methanol và ở phenol.
b/ ở dung dịch phenol trong methanol có những loại liên kết hydrogen nào? loại
liên kết bền nhất và kém bền nhất.
Giải
Câu a:

Liên kết hydrogen ở methanol

Liên kết hydrogen ở phenol
Câu b:
Có những kiểu liên kết hydrogen sau

Loại 1: Phenol – methanol:

Loại 2: Phenol – phenol:

Loại 3: Methanol – phenol:

Loại 4: Methanol – menthanol:
Sắp xếp theo chiều tăng dần độ mạnh của liên kết hydrogen: 3 < 2, 4 < 1
Bài 2: So sánh nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và độ tan trong nước của
4-hydroxybenzoic acid, benzoic acid, 2-hydroxybenzoic acid. Giải thích?
Giải


19

benzoic acid (1)

2-hydroxybenzoic acid (2)

4-hydroxybenzoic acid (3)

Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và độ tan giảm từ (3) > (1) > (2). Nhìn chung có
thể coi như khối lượng phân tử không thay đổi nhiều. Do cấu trúc (3), phân tử có thể tạo
nhiều liên kết hydrogen liên phân tử với nhiều nguyên tử khác hơn so với (1). Trong khi
(2) lại có xu hướng tạo liên kết hydrogen nội phân tử, do đó mà việc tạo liên kết hydrogen

liên phân tử với nguyên tử khác bị hạn chế, nên nó có nhiệt độ sơi và nhiệt độ nóng chảy
và cả độ tan là thấp nhất.
Bài 3: Cho các chất lỏng sau: C2H5OH, C2H5OC2H5, CH3COCH3, C6H5CHO,
C6H5NH2, C6H5F
a/ Những chất nào tạo được liên kết hydrogen với methanol?
b/ Những chất nào tạo được liên kết hydrogen với acetone?
Giải
Câu a: Do CH3OH có cả hợp phần cho và hợp phần nhận trong khi tất cả những
chất trên có ít nhất một trong 2 hợp phần, do đó có thể tạo liên kết hydrogen với CH3OH.
Câu b: Do acetone chỉ có hợp phần nhận do đó nó chỉ có thể tạo liên kết hydrogen
với các chất có hợp phần cho: C2H5OH; C6H5NH2.


20

KẾT LUẬN
Liên kết yếu là một nội dung kiến thức khá thú vị và thực tiễn khi áp vào chương
trình giáo dục phổ thông. Việc giảng dạy giúp học sinh nắm được kiến thức về liên kết yếu
có thể giúp các em học sinh giải thích được những hiện tượng gần như quen thuộc trong
đời sống thường ngày như tại sao có một số lỏng khi trộn vào nhau thì chỉ có một số tan
vào nhau, cịn một số thì khơng, điều này được giải thích là do giữa chúng có tạo thành liên
kết hydrogen liên phân tử với nhau hay khơng. Hay tại sao trong nhóm halogen thì
Fluorine và Chlorine tồn tại ở trạng thái khí trong khi Bromine trạng thái lỏng cịn Iodine
có thể tồn tại ở trạng thái rắn. Điều này được giải thích bằng tương tác Van Der Waals giữa
các phân tử X2, nếu tương tác này lớn hơn động năng của các phân tử X2 thì chúng sẽ tồn
tại ở trạng thái rắn cho tới trường hơn tương tác Van Der Waals yếu hơn động năng của
phân tử thì nó sẽ tồn tại ở trạng thái khí. Ngồi ra, khi tìm hiểu sâu về lực tương tác yếu
còn giúp học sinh khám phá thế giới quan tự nhiên thơng qua việc giải thích tại sao những
con thằn lằn lại bám được trên tường kính, hay tại sao nhện nước lại đi trên nước được,…
Việc dạy các nội dung về liên kết yếu cho học sinh là vơ cùng quan trọng, do đó việc trang

bị kiến thức và chuẩn bị kỹ lưỡng cho một tiết dạy là quan trọng không kém. Bài tiểu luận
này chỉ mang tính chất đóng góp về mặt lý thuyết và nêu ra một vài quan điểm trong việc
nâng cao chất lượng giảng dạy phần liên kết yếu với mong muốn làm phong phú nguồn tài
liệu tham khảo cho giáo viên phổ thơng và học sinh trong việc tìm hiểu về nội dung lý
thuyết liên kết yếu. Bài tiểu luận trong quá trình thực hiện sẽ cịn những chỗ chưa thể làm
rõ, rất mong q thầy cơ và các bạn đọc đóng góp ý kiến, từ đó giúp cải thiện tài liệu trở
thành nguồn tham khảo đáng tin cậy.


21

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]

J. N. Spencer, G. M. Bodner, and L. H. Rickard, Chemistry: Structure and
Dynamics, 5th Edition. John Wiley & Sons, Inc., 2010.

[2]

T. Bätge, General Chemistry. Wikibooks, 2012.

[3]

N. H. Đĩnh and Đ. Đ. Rãng, “Liên kết và sự biến đổi liên kết ở hợp chất hữu cơ,” in
Hóa học Hữu cơ 1, Hà Nội: Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam, 2003, pp. 72–73.

[4]

R. H. Petrucci, F. G. Herring, J. D. Madura, and C. Bissonnette, “Intermolecular
Forces: Liquids and Solids,” in General Chemistry: Principles and Modern

Applications - 11th Edition, Pearson Canada Inc, 2016, p. 517.

[5]

T. T. Huế, “Đại cương về liên kết hóa học,” in Hóa học đại cương 1: Cấu tạo chất,
T. T. Huế, Ed. Hà Nội: Nhà xuất bản Đại học Sư phạm, 2013, p. 245.

[6]

E. Arunan et al., “Definition of the hydrogen bond (IUPAC Recommendations
2011),” Pure Appl. Chem., vol. 83, no. 8, pp. 1637–1641, Jul. 2011, doi:
10.1351/PAC-REC-10-01-02/MACHINEREADABLECITATION/RIS.