giáo trình bài giảng hóa vô cơ (tập 1)

NGUYỄN HỮU KHÁNH HƯNG
HUỲNH THỊ KIỀU XUÂN









HÓA HỌC VÔ CƠ
Tập 1











-2011-

Mục lục
i

Mục lục

Mục lục i
Chương 1 Giới thiệu 1
1.1 Đại cương về Hóa vô cơ 1
1.1.1 Hóa học là gì? 1
1.1.2 Hóa Vô cơ là gì? 2
1.1.3 Các giai đoạn phát triển của Hóa học 2
1.1.4 Xu hướng hiện đại 3
1.2 Phương pháp học tập và Nội dung cơ bản môn học 3
1.2.1 Các thuật ngữ cơ bản 3
1.2.2 Phương pháp học tập 5
1.2.3 Nội dung cơ bản của Hóa Vô cơ 5
Chương 2 Liên kết trong hóa học 8
2.1 Khái niệm về tiểu phân 8
2.2 Liên kết hóa học 9
2.2.1 Bản chất liên kết hóa học 9
2.2.2 Liên kết theo quan điểm nhiệt động lực hóa học 9
2.2.3 Các thông số đặc trưng cho liên kết 11
2.3 Liên kết ion 11
2.3.1 Mô hình của liên kết ion 11
2.3.2 Điều kiện hình thành liên kết ion 12
2.3.3 Các tính chất của liên kết ion 12
2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của liên kết ion trong tinh thể 13
2.4 Liên kết cộng hóa trò 14
2.4.1 Mô hình của liên kết cộng hóa trò 14
2.4.2 Điều kiện hình thành liên kết cộng hóa trò 15

2.4.3 Các tính chất của liên kết cộng hóa trò 15
2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của liên kết cộng hóa trò 15
2.4.5 Liên kết cộng hóa trò σ, π và δ 16
2.5 Liên kết kim loại 21
Mục lục
ii
2.5.1 Mô hình của liên kết kim loại theo quan điểm phi cơ học lượng tử 21
2.5.2 Mô hình của liên kết kim loại theo lý thuyết cơ học lượng tử 21
2.5.3 Các tính chất của liên kết kim loại 23
2.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của liên kết kim loại 23
2.6 Liên kết van der Waals 24
2.6.1 Mô hình và điều kiện hình thành liên kết van der Waals 24
2.6.2 Các tính chất và độ bền của liên kết van der Waals 24
2.6.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của liên kết van der Waals 24
2.7 Liên kết hydro 25
2.7.1 Mô hình và điều kiện hình thành liên kết hydro 25
2.7.2 Các tính chất và độ bền của liên kết hydro 25
2.7.3 Các loại liên kết hydro và ảnh hưởng đến tính chất của phân tử 26
2.8 Tác dụng phân cực và tác dụng bò phân cực 27
2.8.1 Tác dụng phân cực 28
2.8.2 Tác dụng bò phân cực 30
2.8.3 Phân biệt tác dụng phân cực của ion và độ phân cực của liên kết 31
2.9 Sự không phân đònh ranh giới giữa các loại liên kết hóa học 31
2.9.1 Sự biến đổi giữa các loại liên kết hóa học 31
2.9.2 Ảnh hưởng của sự biến đổi giữa các loại liên kết hóa học đến các tính chất và
độ bền của liên kết 32

Chương 3 Phản ứng hóa học 34
3.1 Khái niệm chung 34
3.1.1 Phản ứng acid-baz 34

3.1.2 Phản ứng oxi hóa-khử 35
3.2 Khả năng phản ứng 35
3.2.1 Nhiệt động lực học của phản ứng 35
3.2.2 Động học của phản ứng 36
3.2.3 Mối liên hệ giữa nhiệt động lực học và động học của phản ứng 37
3.3 Quy ước về điều kiện phản ứng 37
Chương 4 Phản ứng acid-baz 38
4.1 Đònh nghóa acid-baz 38
4.1.1 Đònh nghóa acid-baz theo Arrhenius 38
4.1.2 Đònh nghóa acid-baz theo Bronsted 38
4.1.3 Đònh nghóa acid-baz theo Lewis 39
4.1.4 Đònh nghóa acid-baz theo Ubanovish 39
4.1.5 Đònh nghóa acid-baz cứng-mềm 40
4.1.6 Tóm lược các đònh nghóa acid-baz 40
4.2 Cường độ của acid-baz 41
4.3 Phân loại acid-baz vô cơ theo bản chất hóa học 42
Mục lục
iii
4.3.1 Các hydracid, các dẫn xuất thế và muối của chúng 42
4.3.2 Các oxihydroxid, các dẫn xuất thế và muối của chúng 42
4.3.3 Tóm lược về các hydracid, oxihydroxid và các dẫn xuất của chúng 43
4.4 Các hydracid 43
4.4.1 Cường độ acid-baz của các hydracid 43
4.4.2 Cường độ acid-baz của các dẫn xuất và muối từ các hydracid 44
4.5 Các oxihydroxid 45
4.5.1 Cường độ acid-baz của các oxihydroxid 45
4.5.2 Ví dụ điển hình 46
4.5.3 Cường độ acid-baz của các dẫn xuất và muối từ các oxihydroxid 48
4.6 Phản ứng trung hòa 49
4.6.1 Giản đồ pK

a
49
4.6.2 Phản ứng trung hòa giữa các acid-baz mạnh 50
4.6.3 Phản ứng trung hòa giữa các acid-baz yếu 50
4.7 Phản ứng thủy phân 54
4.7.1 Sự thủy phân của các cation 54
4.7.2 Sự thủy phân của các anion 54
4.7.3 Sự thủy phân của các hợp chất cộng hóa trò 55
4.8 Phản ứng trao đổi 56
4.9 Phản ứng tạo phức 57
Chương 5 Phản ứng oxi hóa-khử 59
5.1 Số oxi hóa 59
5.1.1 Đònh nghóa 59
5.1.2 Ý nghóa và ứng dụng 59
5.1.3 Hiệu ứng co d và co f 60
5.1.4 Sự biến đổi số oxi hóa 62
5.1.5 Nhận xét 64
5.2 Phản ứng oxi hóa-khử 65
5.3 Cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa khử 65
5.4 Chiều của phản ứng oxi hóa-khử 67
5.5 Giản đồ E
0
68
5.6 Giản đồ Latimer 68
5.7 Hằng số cân bằng của phản ứng oxi hóa-khử 69
5.7.1 Trường hợp 1: n
1
≠ n
2
69

5.7.2 Trường hợp 2: n
1
= n
2
70
5.8 Ảnh hưởng của pH đến phản ứng oxi hóa-khử 71
5.9 Ảnh hưởng của phản ứng kết tủa đến phản ứng oxi hóa-khử 72
5.10 Ảnh hưởng của phản ứng tạo phức đến phản ứng oxi hóa-khử 73
5.11 Tóm lược ảnh hưởng của các phản ứng kết tủa, tạo phức và bay hơi đến phản ứng
oxi hóa-khử 74

Mục lục
iv
5.12 Khả năng tồn tại của các chất oxi hóa-khử trong môi trường nước 75
5.13 Một số vấn đề trong phản ứng oxi hóa-khử 76
5.13.1 Các oxihydroxid có tính oxi hóa mạnh hơn trong môi trường acid 76
5.13.2 Biến thiên của tính oxi hóa của một nguyên tố theo số oxi hóa 77
5.13.3 Khả năng dò phân của một nguyên tố 77
Chương 6 Các trạng thái tập hợp và tính chất đặc trưng của chúng 79
6.1 Trạng thái của vật chất 79
6.2 Trạng thái rắn 79
6.2.1 Trạng thái tinh thể 80
6.2.2 Trạng thái vô đònh hình 80
6.3 Trạng thái lỏng 81
6.4 Trạng thái khí 81
6.4.1 Phương trình trạng thái khí lý tưởng 82
6.4.2 Hỗn hợp khí lý tưởng 82
6.4.3 Khí thật 83
6.5 Trạng thái tập hợp và phản ứng hóa học 83
Chương 7 Cấu trúc của các tiểu phân cộng hóa trò 84

7.1 Đònh nghóa tiểu phân cộng hóa trò 84
7.2 Cách viết công thức cấu trúc theo Lewis 84
7.2.1 Cách viết thứ nhất 85
7.2.2 Cách viết thứ hai 86
7.3 Cấu trúc của tiểu phân theo mô hình VSEPR (Valence Shell Electron Pair
Repulsion Theory – Lý thuyết đẩy đôi điện tử) 86

7.4 Cấu trúc của tiểu phân theo sự lai hóa 88
7.4.1 Thuyết lai hóa và cấu trúc của tiểu phân 88
7.4.2 Cách viết công thức cấu trúc theo thuyết lai hóa 90
7.5 Liên kết σ và π trong tiểu phân 91
Chương 8 Tinh thể học đại cương 93
8.1 Các trạng thái cơ bản của vật chất 93
8.2 Các yếu tố đối xứng 94
8.3 Suy đoán 32 lớp đối xứng 96
8.4 Ký hiệu của lớp đối xứng 98
8.4.1 Ký hiệu quốc tế (ký hiệu Herman–Maughin) 98
8.4.2 Ký hiệu Schoenflies 98
8.5 Mạng lưới tinh thể 100
8.6 Ô mạng cơ sở – 14 mạng Bravais 100
8.6.1 Ô mạng cơ sở 100
8.6.2 14 mạng Bravais 101
Chương 9 Hóa học tinh thể 105
Mục lục
v
9.1 Đại cương 105
9.2 Cấu trúc của một số tinh thể đơn kim loại 106
9.2.1 Cấu trúc xếp chặt 106
9.2.2 Cấu trúc của các quả cầu xếp chặt 106
9.2.3 Ảnh hưởng của cấu trúc đến bán kính nguyên tử 109

9.2.4 Lỗ trống trong tinh thể xếp chặt 109
9.3 Cấu trúc của một số tinh thể ion 110
9.3.1 Các cấu trúc tinh thể ion đơn giản điển hình 111
9.3.2 Ảnh hưởng của tỉ số bán kính r
+
/ r
–
đến số phối trí 112
9.4 Cấu trúc của tinh thể cộng hóa trò 113
9.5 Cấu trúc của tinh thể van der Waals 114
9.6 Cấu trúc của tinh thể có liên kết hỗn tạp 114
9.6.1 Cấu trúc lớp-mạch với liên kết cộng hóa trò-van der Waals 115
9.6.2 Cấu trúc lớp-mạch với liên kết cộng hóa trò hay ion và van der Waals 119
9.6.3 Cấu trúc lớp–mạch với liên kết hydro và van der Waals 120
Chương 10 Hóa học chất rắn 121
10.1 Sự phân bố các chất kết tinh theo hệ tinh thể 121
10.2 Hiện tượng đa hình 122
10.3 Hiện tượng đồng hình 123
10.4 Tinh thể thật 124
10.4.1 Hình thái tinh thể 124
10.4.2 Khuyết tật trong tinh thể 125
10.5 Phản ứng pha rắn 127
10.5.1 Nhiệt động lực học của phản ứng pha rắn 127
10.5.2 Động học của phản ứng pha rắn 128
Chương 11 Mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất của các chất 129
11.1 Mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất vật lý của chất 129
11.1.1 Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi 129
11.1.2 Nhiệt độ phân hủy 131
11.1.3 Tính chất cơ học 131
11.1.4 Tính dẫn điện 132

11.1.5 Tính tan 133
11.2 Mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất hóa học của các chất 135
11.3 Nhận xét chung về mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất của chất 136
Chương 12 Đại cương về hóa học của các nguyên tố s và p 137
12.1 Cấu trúc nguyên tử và đặc điểm liên kết 137
12.2 Quy luật biến đổi tính chất 139
12.2.1 Quy luật biến đổi tính chất trong một phân nhóm chính 139
12.2.2 Quy luật biến đổi tính chất trong một chu kỳ 139
Mục lục
vi
12.2.3 Quy luật biến đổi tính chất trên đường chéo 140
Chương 13 Hydrogen 141
13.1 Cấu trúc điện tử và đặc điểm liên kết 141
13.2 Trạng thái tự nhiên 142
13.3 Đơn chất 142
13.3.1 Cấu trúc và lý tính 142
13.3.2 Hóa tính 142
13.3.3 Điều chế 143
13.3.4 Ứng dụng 143
13.4 Các hợp chất bậc hai của hydrogen H
n
X 144
13.4.1 Các hợp chất hydracid H
n
X của hydrogen (+1) 145
13.4.2 Các hợp chất hydrur cộng hóa trò AH
n
146
13.4.3 Các hợp chất hydrur ion XH
n

146
13.4.4 Các hợp chất hydrur kim loại 147
13.4.5 Các hợp chất hydrur không bền 147
Chương 14 Oxygen 148
14.1 Cấu trúc điện tử và đặc điểm liên kết 148
14.2 Trạng thái tự nhiên 149
14.3 Đơn chất 149
14.3.1 Oxygen 149
14.3.2 Ozon 151
14.4 Các hợp chất của oxygen (−2) 152
14.4.1 Các oxihydroxid 152
14.4.2 Nước 154
14.4.3 Các hợp chất peroxyd 156
Chương 15 Phân nhóm 7A: Halogen 159
15.1 Cấu trúc điện tử và đặc điểm liên kết 159
15.2 Trạng thái tự nhiên 160
15.3 Đơn chất 160
15.3.1 Cấu trúc và lý tính 160
15.3.2 Hóa tính 161
15.3.3 Điều chế 162
15.3.4 Ứng dụng 162
15.4 Các hợp chất của các halogen 162
15.4.1 Các hydracid HX và các dẫn xuất của chúng 162
15.4.2 Các oxihydroxid HXO
n
và các dẫn xuất của chúng 164
Chương 16 Phân nhóm 6A: Chalcogen 168
16.1 Cấu trúc điện tử và đặc điểm liên kết 168
Mục lục
vii

16.2 Trạng thái tự nhiên 169
16.3 Đơn chất 169
16.3.1 Cấu trúc và lý tính 169
16.3.2 Hóa tính 170
16.3.3 Điều chế 170
16.3.4 Ứng dụng 170
16.4 Các hợp chất của các chalcogen 171
16.4.1 Các hydracid H
2
E và các dẫn xuất của chúng 171
16.4.2 Các oxihydroxid H
2
EO
n
và các dẫn xuất của chúng 172
16.4.3 Sự tạo mạch E−E 174
Chương 17 Phân nhóm 5A 175
17.1 Cấu trúc điện tử và đặc điểm liên kết 175
17.2 Trạng thái tự nhiên 176
17.3 Đơn chất 176
17.3.1 Cấu trúc và lý tính 176
17.3.2 Hóa tính 177
17.3.3 Điều chế 178
17.3.4 Ứng dụng 178
17.4 Các hợp chất của các nguyên tố phân nhóm 5A 178
17.4.1 Các hydracid H
3
E và các dẫn xuất của chúng 178
17.4.2 Các oxihydroxid H
x

EO
n
và các dẫn xuất của chúng 180
Chương 18 Phân nhóm 4A 182
18.1 Cấu trúc điện tử và đặc điểm liên kết 182
18.2 Trạng thái tự nhiên 183
18.3 Đơn chất 184
18.3.1 Cấu trúc và lý tính 184
18.3.2 Hóa tính 184
18.3.3 Điều chế 186
18.3.4 Ứng dụng 186
18.4 Các hợp chất của các nguyên tố phân nhóm 4A 186
18.4.1 Các hợp chất H
4
E và các dẫn xuất của chúng 186
18.4.2 Các oxihydroxid H
x
EO
n
và các dẫn xuất của chúng 189
Chương 19 Danh pháp các chất vô cơ 191
19.1 Đại cương 191
19.1.1 Mở đầu 191
19.1.2 Nguyên tắc cơ bản 192
19.2 Danh pháp của các nguyên tố 192
19.3 Danh pháp của các cation 192
19.3.1 Cation đơn giản (một nguyên tử) 192
Mục lục
viii
19.3.2 Cation phức tạp (nhiều nguyên tử) 193

19.4 Danh pháp của các anion 193
19.4.1 Anion đơn giản (một nguyên tử) 193
19.4.2 Anion phức tạp (nhiều nguyên tử) 193
19.5 Danh pháp của các nhóm chức (gốc) 194
19.6 Danh pháp của các hợp chất 194
19.6.1 Quy tắc gọi tên 194
19.6.2 Tên của các oxihydroxid 195
19.6.3 Tên của các acid dẫn xuất từ oxihydroxid 196
19.6.4 Tên của các acid polimer 196
19.6.5 Tiếp đầu ngữ chỉ số lượng 196
19.7 Danh pháp bằng tiếng Anh 197
19.7.1 Danh pháp của các nguyên tố hóa học bằng tiếng Anh 197
19.7.2 Danh pháp anion của các oxihydroxid bằng tiếng Anh 199
Tài liệu tham khảo 200


Chương 1 Giới thiệu
1






Chương 1
Giới thiệu

1.1 Đại cương về Hóa vô cơ
1.1.1 Hóa học là gì?
1. Hóa học là ngành khoa học nghiên cứu các chất và các quá trình phản ứng của các

chất theo quan điểm hóa học.
Ví dụ: H–H + F–F ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ 2H–F
Tác chất Quá trình phản ứng Sản phẩm
2. Hóa học còn nghiên cứu các đối tượng và quá trình thuộc các lãnh vực liên quan.
3. Điều đó có nghóa là:
a. Hóa học nghiên cứu các chất hóa học bao gồm:
• Thành phần nguyên tố của chất
• Số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố trong chất
• Cấu trúc của chất cách sắp xếp các nguyên tử trong chất
• Tính chất của chất tính chất hóa học và một số tính chất vật lý cần thiết
Ví dụ: Hydro peroxid H
2
O
2
có:
• Thành phần nguyên tố H và O
• Số lượng nguyên tử 2H và 2O
• Cấu trúc của chất zíc zắc như hình bên
• Tính chất của chất chất lỏng không màu có tính oxi hóa mạnh,…
b. Hóa học nghiên cứu các quá trình phản ứng bao gồm:
• Cắt đứt các liên kết cũ trong quá trình phân hủy các tác chất
• Hình thành các liên kết mới trong quá trình tạo thành các sản phẩm
• Chiều và cân bằng phản ứng yếu tố nhiệt động lực học
• Vận tốc và cơ chế phản ứng yếu tố động học
Ví dụ: H–H + I–I → 2H–I ΔG
0
298
= –2 kJ/mol v = kC
H
2

C
I
2
c. Hóa học còn nghiên cứu các quá trình và các lãnh vực liên quan đến hóa học như
vật lý, sinh học, đòa chất, y học, vật liệu,…
Chương 1 Giới thiệu
2
• Các quá trình hóa lý: nóng chảy, bay hơi, thăng hoa, hòa tan, kết tinh,…
• Các quá trình hóa sinh: hóa sinh tổng hợp, hoạt tính hóa sinh học,…
• Các quá trình đòa hóa: phong hóa, trầm tích, cát kết,…
4. Các chuyên ngành của Hóa học:
• Hóa Vô cơ • Hóa Kỹ thuật • Hóa Y
• Hóa Hữu cơ • Hóa Phóng xạ • Hóa Sinh
• Hóa Phân tích • Hóa Môi trường • Hóa Nông học
• Hóa Lý • Hóa Thực phẩm • Hóa Vật liệu,…

1.1.2 Hóa Vô cơ là gì?
1. Hóa Vô cơ là chuyên ngành hóa học chủ yếu nghiên cứu các chất và các quá trình phản
ứng xảy ra đối với các chất nằm ngoài các chu trình chuyển hóa của hợp chất sinh học.
Ví dụ: Việc hình thành dioxid carbon CO
2
• Khi đốt cháy than là đối tượng của Hóa Vô cơ
• Khi hô hấp không là đối tượng của Hóa Vô cơ
2. Các chuyên ngành hẹp của Hóa Vô cơ:
• Hóa Chất rắn • Tổng hợp Vô cơ • Hóa Nước
• Phức chất • Vật liệu Vô cơ • Hóa Phóng xạ
• Dung dòch • Xúc tác Vô cơ • Sinh học Vô cơ,…

1.1.3 Các giai đoạn phát triển của Hóa học
1. Các giai đoạn phát triển chính của Hóa học được trình bày tóm tắt trong Bảng 1.1.

Bảng 1.1 Các giai đoạn phát triển chính của Hóa học
Giai đoạn Thời đại Đặc trưng
1. Mô tả thô sơ và
Minh triết
Cổ đại
Đến hết thế kỷ (tk) 3
Thuyết nguyên tố cổ đại:
• Nước, không khí, đất, lửa
• Kim, mộc, thủy, hỏa, thổ
2. Giả kim thuật Trung cổ
Đầu tk 4 – đầu tk 16
• Hòn đá triết học, và
• Thuốc trường sinh bất tử
3. Hóa y học
và kỹ thuật
Phục hưng
Đầu tk 16 – giữa tk 17
• Thuốc chữa bệnh, và
• Các hóa chất kỹ thuật
4. Khoa học hóa Cận hiện đại
Giữa tk 17 – cuối tk 18
• Các quan điểm khoa học
• Thuyết nguyên tố hiện đại
Hiện đại
Thế kỷ 19
• Các đònh luật – lý thuyết khoa học
• Nguyên tố hóa học
5. Hiện đại hóa
Đầu tk 20 đến nay • Các đònh luật – lý thuyết hiện đại

Chương 1 Giới thiệu
3
1.1.4 Xu hướng hiện đại
1. Từ thập kỷ 70 của thế kỷ 20, các ngành khoa học chuyển mạnh sang hướng nghiên cứu
cơ bản kết hợp với triển khai ứng dụng và công nghệ.
2. Ba nội dung chính trong việc ứng dụng hóa học, cũng như khoa học, vào cuộc sống là:
a. Tăng năng suất và giảm giá thành sản phẩm bằng cách thay đổi nguyên liệu, quy
trình và thiết bò trên cơ sở các hiểu biết về khoa học và công nghệ. Ví dụ như thay vì
sử dụng thiết bò gián đoạn thông thường và không có mặt xúc tác, có thể:
• Sử dụng thiết bò liên tục để giảm chi phí sản xuất.
• Sử dụng chất xúc tác để tăng vận tốc phản ứng.
b. Tăng giá trò sản phẩm bằng cách tăng chất lượng và mở rộng phạm vi sử dụng của
các sản phẩm vào nhiều lãnh vực khác nhau. Ví dụ như đối với bột màu, có thể:
• Tăng chất lượng của bột màu bằng cách tăng độ ổn đònh của tinh thể để tăng
cường độ màu và giảm kích thước hạt để tăng độ phủ của bột màu.
• Mở rộng phạm vi sử dụng bằng cách biến tính độ phân cực của bề mặt bột màu
để có thể phân tán hạt bột màu trong dung môi phân cực như nước cũng như
trong dung môi không phân cực như các dung môi hữu cơ.
c. Tăng kiến thức về con người và tự nhiên để có cuộc sống tốt đẹp và môi trường bền
vững.

Bảng 1.2 Giá trò sản phẩm theo trình độ công nghệ
Công nghệ Thấp Trung bình Cao Rất cao
Giá sản phẩm USD/kg 0,01–1 1–10 10–100 100–100.000
Ví dụ: Chất Vô cơ Muối ăn Bột màu Xúc tác Bán dẫn
Chất Hữu cơ Nhựa Verni Hương liệu Biệt dược

1.2 Phương pháp học tập và Nội dung cơ bản môn học
1.2.1 Các thuật ngữ cơ bản
1. Một số thuật ngữ cơ bản sau đây cần phảøi được hiểu một cách chính xác.

2. Dữ liệu thực nghiệm: Là các kết quả thu được từ quá trình thực nghiệm, tương ứng với
sự thật, không thay đổi theo thời gian và không gian.
Dữ liệu thực nghiệm thu được ngày càng chính xác do thiết bò đo ngày càng tinh tế.
Cần phân biệt các dữ liệu trực tiếp được đo bằng các đại lượng phản ảnh trực tiếp tính
chất của đối tượng nghiên cứu với các dữ liệu gián tiếp được đo bằng các đại lượng
không phản ảnh trực tiếp tính chất của đối tượng mà phải đi kèm với suy luận bổ sung.
Việc suy luận không chính xác hoặc sai lầm thường dẫn đến kết quả dữ liệu là sai.
Ví dụ như để xem xét tính chất oxi hóa-khử của các nguyên tố trong hóa học, người ta
thường sử dụng thông số năng lượng ion hóa của nguyên tử. Thực tế thông số này là
một thông số vật lý được tiến hành đo đối với các nguyên tử ở trạng thái khí cô lập (đơn
nguyên tử) nên không phản ảnh trực tiếp tính chất hóa học của các chất hóa học phải
nằm ở một trạng thái tập hợp xác đònh (rắn, lỏng hay khí).
Chương 1 Giới thiệu
4
3. Đònh luật: Là các phát biểu tổng quát hóa các dữ liệu thực nghiệm, thường được trình
bày dưới dạng một phương trình toán học, ví dụ như phương trình khí lý tưởng.
Do sự tổng quát hóa nên các đònh luật thường là gần đúng chứ không hoàn toàn đúng.

Bảng 1.3 Thể tích mol của các khí thật ở 0
0
C and 1 atm
Gas Thể tích mol, L Gas Thể tích mol, L
Oxygen (O
2
) 22,397 Helium (He) 22,434
Nitrogen (N
2
) 22,402 Argon (Ar) 22,397
Hydrogen (H
2

) 22,433 Carbon dioxid (CO
2
) 22,260

4. Thuyết hay học thuyết: Là các thuật ngữ mơ hồ thiếu chính xác. Trong khoa học thường
sử dụng hai thuật ngữ là giả thuyết và lý thuyết được trình bày tiếp sau.
5. Giả thuyết: Là một giả đònh được đưa ra nhằm giải thích các dữ liệu thực nghiệm đã thu
được và dự đoán các quá trình trong tương lai nhưng chưa được đa số công nhận.
6. Lý thuyết: Cũng là một giả đònh được đưa ra nhằm giải thích các dữ liệu thực nghiệm đã
thu được và dự đoán các quá trình trong tương lai nhưng đã được đa số công nhận.
Lý thuyết thường có tính đònh lượng cao hơn giả thuyết.
7. Lưu ý là do bản chất là một giả đònh nên giả thuyết và lý thuyết không phải là
chân lý.


Lý thuyết



Giả thuyết Đònh luật


Dữ liệu thực nghiệm
Chương 1 Giới thiệu
5
1.2.2 Phương pháp học tập
1. Quá trình học phải được lặp nhiều lần qua các giai đoạn sau:
• Nghe giảng và ghi bài
• Hồi tưởng để nhớ lại nội dung của bài
• Học thuộc để nhớ nội dung chính của bài

• Làm bài tập để ứng dụng các nội dung đã học
• So sánh và suy luận các vấn đề được nêu trong nội dung
• Hệ thống hóa các nội dung đã học
• Ôn lại các nội dung của bài – Tóm tắt nội dung
2. Các giai đoạn này có thể nối tiếp nhau hay chập lên nhau tùy theo nội dung của từng
môn học cũng như tính cách của mỗi sinh viên.
3. Để có kết quả tốt, điều quan trọng nhất là phải tiến hành các giai đoạn sau:
a. Học thuộc kiến thức cơ bản Bao gồm các khái niệm và quá trình
b. Suy luận và thảo luận Thông qua các ví dụ và bài tập
c. Phân tích và tổng hợp Các kiến thức cơ bản
d. Hệ thống hóa kiến thức Mà trước hết là tóm tắt nội dung môn học
4. Bốn phương pháp suy luận chính trong quá trình học là:
a. Mô tả Chủ yếu là học thuộc và phân tích – tổng hợp các kiến thức cơ bản
bao gồm các khái niệm, quá trình và các hiện tượng phổ biến.
b. Quy nạp Chủ yếu là rút ra những quy luật từ những kiến thức cơ bản đã biết.
c. Suy diễn Chủ yếu là dự đoán những điều chưa biết từ các quy luật đã biết.
d. Hệ thống hóa Chủ yếu là phân loại và sắp xếp các kiến thức một cách khoa học để
có thể ứng dụng một cách dễ dàng các quy luật đã biết.

1.2.3 Nội dung cơ bản của Hóa Vô cơ
1. Nội dung cơ bản của Hóa Vô cơ nói riêng và Hóa học nói chung có thể được tóm tắt
bằng phương trình phản ứng sau:
aA + bB → cC + dD ΔG
Tác chất là
Phản ứng
Sản phẩm Tỏa nhiệt
chất acid-baz hay Acid-baz hay là gì? hay
chất oxi hóa-khử Oxi hóa-khử? Thu nhiệt

Cấu trúc, hình thái và tính chất của các chất?

Chiều và cân bằng của phản ứng?
Vận tốc và cơ chế của phản ứng?
Quá trình và thiết bò phản ứng?
Kỹ thuật tiến hành phản ứng?
Chương 1 Giới thiệu
6
2. Ngoại trừ đối với các khí trơ, trong tất cả các đơn chất và hợp chất đều tồn tại các liên
kết giữa các nguyên tử như:
a. Liên kết ion trong các tinh thể của NaCl, CaF
2
, MgSO
4
,…
b. Liên kết cộng hóa trò trong các phân tử của O
2
, S
8
, C
2
H
5
OH, đường,…
c. Liên kết kim loại trong các tinh thể kim loại của sắt, đồng, kẽm,…
d. Liên kết van der Waals giữa các phân tử trong tinh thể của N
2
, CO
2
, đường,…
3. Vậy, muốn tạo thành hợp chất mới (sản phẩm) từ các đơn chất hay từ các hợp chất cũ
(tác chất), nhất thiết phải xảy ra quá trình cắt đứt liên kết cũ và hình thành liên kết mới.

Ví dụ: 2H–H(k) + O=O(k) → 2H–O–H(l) ΔG
0
= −228,2 kJ/mol
4. Vì thế, kiến thức cơ sở của hóa học chính là liên kết trong hóa học, mà quan trọng nhất
là bốn vấn đề sau:
a. Mô hình của liên kết
b. Điều kiện hình thành liên kết
c. Tính chất của liên kết
d.
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của liên kết
5. Tiếp theo, cần phải biết phản ứng xảy ra (1) Theo
chiều nào và (2) Đạt cân bằng tới đâu
(yếu tố nhiệt động lực học) cũng như phản ứng xảy ra (3) Với
vận tốc là bao nhiêu và (4)
Theo
cơ chế nào (yếu tố động học) thì mới có thể xác đònh được biện pháp để đẩy nhanh
quá trình phản ứng theo hướng mong muốn và tạo ra
nhiều sản phẩm nhất.
6. Ngoài ra, còn phải trang bò các kiến thức cơ bản về:
a. Kỹ thuật tiến hành phản ứng để xác đònh:
• Loại thiết bò phản ứng thích hợp
• Thể tích thiết bò để có sản lượng mong muốn
• Cách sắp xếp thiết bò tối ưu


(a) (b) (c)
Hình 1.1 Các loại thiết bò phản ứng: (a) Thiết bò gián đoạn (BR)
(b) Thiết bò thùng khuấy liên tục (CSTR) (c) Thiết bò ống đẩy (PFR)

b. Các quá trình và thiết bò cơ học cần sử dụng khi tiến hành phản ứng như:

• Khuấy–trộn • Lắng–lọc–ly tâm • Vật liệu chế tạo thiết bò
• Bơm–nén–quạt • Truyền nhiệt • Năng lượng và động lực
• Nghiền–sàng • Truyền khối
Chương 1 Giới thiệu
7


Hình 1.2 Máy ly tâm đứng

7. Cuối cùng, để triển khai kết quả nghiên cứu vào thực tế sản xuất, cần phải kết hợp với
các bộ phận khác như tài chánh, nhân sự, thương mại, thò trường,…
8. Kiến thức hóa học nói đơn giản là nhằm tạo ra sản phẩm với 6 tiêu chí chính:
NHANH – NHIỀU – TỐT – BỀN – RẺ – ĐẸP


Chương 2 Liên kết hóa học
8






Chương 2
Liên kết trong hóa học

2.1 Khái niệm về tiểu phân
1. Các chất có thể tồn tại ở các trạng thái rất khác nhau về quy mô tập hợp của các hạt.
2. Các khí trơ như He, Ne, Ar, Kr,… tồn tại ở trạng thái nguyên tử mà giữa các nguyên tử
này chỉ xuất hiện liên kết van der Waals chứ không hình thành các liên kết hóa học.

3. Các chất phân tử bao gồm một số lượng hữu hạn các nguyên tử liên kết hóa học với
nhau tạo thành cấu trúc bền vững bão hòa hóa trò. Ví dụ như CH
4
, CO
2
, SF
6
, B
2
Cl
6
,…
4. Dung dòch lại chứa các cation và anion hay các phân tử hòa tan trong dung môi, được
gọi là các ion hay phân tử bò solvat hóa. Ví dụ như dung dòch NaCl, (NH
4
)
2
SO
4
, đường,…
5. Đối với các chất có cấu trúc tinh thể như kim cương, NaCl, (NH
4
)
2
SO
4
,… thì phải mở rộng
khái niệm phân tử là toàn bộ một tinh thể do không thể tách riêng từng nguyên tử C hay
phân tử NaCl, (NH
4

)
2
SO
4
,… trong tinh thể.
Một tinh thể càng lớn thì số lượng nguyên tử có trong tinh thể đó càng lớn. Một tinh thể
có thể chứa từ vài triệu cho đến hàng tỉ tỉ nguyên tử.
Vì vậy, công thức phân tử của chất tinh thể chỉ biểu thò một cách hình thức tỉ lệ số lượng
nguyên tử của các nguyên tố trong chất.


(a) Khí Xe (b) Khí CO
2
(c) Dung dòch NaCl (d) Tinh thể NaCl
Hình 2.1 Các quy mô tập hợp thông thường của một số chất

6. Chính các hạt của chất tồn tại ở các trạng thái rất khác nhau về quy mô tập hợp này sẽ
trực tiếp tham gia vào quá trình phản ứng hóa học.
7. Vì vậy, chúng ta quy ước sử dụng thuật ngữ
tiểu phân để gọi các hạt trực tiếp tham gia
vào quá trình phản ứng hóa học với phạm vi áp dụng được trình bày trong Bảng 2.1.
Chương 2 Liên kết hóa học
9
Bảng 2.1 Quy ước của thuật ngữ tiểu phân
Quy mô tập hợp của chất Tiểu phân
Nguyên tử Mỗi nguyên tử
Phân tử Mỗi nguyên tử hay toàn bộ phân tử
Dung dòch Mỗi ion (cation hay anion) hoặc phân tử hòa tan bò solvat hóa
Chất rắn Mỗi ion, nguyên tử hoặc phân tử ở các nút mạng của tinh thể

2.2 Liên kết hóa học
2.2.1 Bản chất liên kết hóa học
1. Liên kết hóa học tạo thành được chất hóa học và được thừa nhận có bản chất điện.
2. Một cách chính xác, khi tạo liên kết để hình thành chất, cấu trúc của tất cả các điện tử
của các nguyên tử tham gia liên kết không còn tồn tại như trạng thái ban đầu của nó.
3. Một cách gần đúng, người ta cho rằng chỉ có các điện tử hóa trò nằm trong các vân đạo
hóa trò của nguyên tử tham gia vào quá trình tạo liên kết.
4. Vì vậy, trước khi xem xét các biến đổi của liên kết trong quá trình phản ứng, phải xác
đònh rõ ràng cấu trúc điện tử của các nguyên tử tham gia phản ứng, nghóa là xác đònh
các vân đạo hóa trò và điện tử hóa trò của các nguyên tử đó.
5. Hình dung một cách trực quan là khi hình thành liên kết, các điện tử mang điện tích âm
sẽ phân bố lại vò trí và tập trung vào không gian giữa các hạt nhân mang điện tích dương
để tạo ra lực hút điện khiến cho các hạt nhân liên kết lại với nhau.
6. Có hai cách chủ yếu phân bố điện tử hóa trò dẫn đến sự hình thành hai loại liên kết hóa
học quan trọng nhất là liên kết ion và liên kết cộng hóa trò để tạo thành chất.

Bảng 2.2 So sánh liên kết ion và liên kết cộng hóa trò
Loại liên kết Ion Cộng hóa trò
Cách phân bố
điện tử liên kết
Điện tử liên kết chỉ thuộc về
nguyên tố có độ âm điện lớn hơn
Điện tử liên kết được sử dụng
chung cho cả hai nguyên tử
Điện tử liên kết Nằm ở nguyên tử có χ lớn hơn Nằm giữa hai nguyên tử
Lực liên kết Điện ion Điện cộng hóa trò
Độ bền của liên kết Cao Thấp đến cao
Sử dụng chủ yếu Vô cơ NaCl
Hữu cơ và Vô cơ CH
4

, Na
2
SO
4

2.2.2 Liên kết theo quan điểm nhiệt động lực hóa học
1. Trước đây, người ta không giải thích được tại sao lại có thể biến đổi chất này thành chất
khác một cách dễ dàng mà khó, thậm chí không thể, tiến hành phản ứng ngược lại.
Ví dụ: HCl + NaOH → NaCl + H
2
O
2. Bằng cách vay mượn các quan điểm của ngành nhiệt động lực học, ta có động lực của
quá trình hóa học chính là chênh lệch năng lượng tự do của hệ trước và sau phản ứng.
Chương 2 Liên kết hóa học
10
Bảng 2.3 Z, ký hiệu X, tên, năm tìm thấy và cấu trúc điện tử của các nguyên tố
Z X Tên Năm Cấu trúc Z X Tên Năm Cấu trúc
1 H Hydro 1766 1s
1
56 Ba Bari 1797 [Xe] 6s
2
2 He Heli 1895 1s
2
57 La Lantan 1839 [Xe] 5d
1
6s
2
3 Li Liti 1817 [He] 2s
1
58 Ce Ceri 1803 [Xe] 4f

1
5d
1
6s
2
4 Be Berili 1828 [He] 2s
2
59 Pr Prazeodim 1885 [Xe] 4f
3
6s
2
5 B Bor 1808 [He] 2s
2
2p
1
60 Nd Neodim 1885 [Xe] 4f
4
6s
2
6 C Carbon cổ [He] 2s
2
2p
2
61 Pm Prometi 1945 [Xe] 4f
5
6s
2
7 N Nitrogen 1772 [He] 2s
2
2p

3
62 Sm Samari 1879 [Xe] 4f
6
6s
2
8 O Oxygen 1774 [He] 2s
2
2p
4
63 Eu Europi 1901 [Xe] 4f
7
6s
2
9 F Fluor 1886 [He] 2s
2
2p
5
64 Gd Gadolini 1886 [Xe] 4f
7
5d
1
6s
2
10 Ne Neon 1898 [He] 2s
2
2p
6
65 Tb Terbi 1843 [Xe] 4f
9
6s

2
11 Na Natri 1807 [Ne] 3s
1
66 Dy Dysprosi 1886 [Xe] 4f
10
6s
2
12 Mg Magne 1808 [Ne] 3s
2
67 Ho Holmi 1878 [Xe] 4f
11
6s
2
13 Al Nhôm 1827 [Ne] 3s
2
3p
1
68 Er Erbi 1835 [Xe] 4f
12
6s
2
14 Si Silic 1824 [Ne] 3s
2
3p
2
69 Tm Tuli 1879 [Xe] 4f
13
6s
2
15 P Phospho 1669 [Ne] 3s

2
3p
3
70 Yb Yterbi 1878 [Xe] 4f
14
6s
2
16 S Lưu huỳnh cổ [Ne] 3s
2
3p
4
71 Lu Luteti 1907 [Xe] 4f
14
5d
1
6s
2
17 Cl Clor 1774 [Ne] 3s
2
3p
5
72 Hf Hafni 1923 [Xe] 4f
14
5d
2
6s
2
18 Ar Argon 1894 [Ne] 3s
2
3p

6
73 Ta Tantal 1802 [Xe] 4f
14
5d
3
6s
2
19 K Kali 1807 [Ar] 4s
1
74 W Tungsten 1781 [Xe] 4f
14
5d
4
6s
2
20 Ca Calci 1808 [Ar] 4s
2
75 Re Reni 1925 [Xe] 4f
14
5d
5
6s
2
21 Sc Scandi 1876 [Ar] 3d
1
4s
2
76 Os Osmi 1803 [Xe] 4f
14
5d

6
6s
2
22 Ti Titan 1776 [Ar] 3d
2
4s
2
77 Ir Iridi 1803 [Xe] 4f
14
5d
7
6s
2
23 V Vanadi 1801 [Ar] 3d
3
4s
2
78 Pt Platin 1735 [Xe] 4f
14
5d
9
6s
1
24 Cr Crom 1797 [Ar] 3d
5
4s
1
79 Au Vàng cổ [Xe] 4f
14
5d

10
6s
1
25 Mn Mangan 1774 [Ar] 3d
5
4s
2
80 Hg Thủy ngân cổ [Xe] 4f
14
5d
10
6s
2
26 Fe Sắt cổ [Ar] 3d
6
4s
2
81 Tl Thali 1861 [Xe] 4f
14
5d
10
6s
2
6p
1
27 Co Cobalt 1735 [Ar] 3d
7
4s
2
82 Pb Chì cổ [Xe] 4f

14
5d
10
6s
2
6p
2
28 Ni Nikel 1751 [Ar] 3d
8
4s
2
83 Bi Bismut 1753 [Xe] 4f
14
5d
10
6s
2
6p
3
29 Cu Đồng cổ [Ar] 3d
10
4s
1
84 Po Poloni 1898 [Xe] 4f
14
5d
10
6s
2
6p

4
30 Zn Kẽm t.cổ [Ar] 3d
10
4s
2
85 Ai Astantin 1940 [Xe] 4f
14
5d
10
6s
2
6p
5
31 Ga Gali 1875 [Ar] 3d
10
4s
2
4p
1
86 Rn Radon 1908 [Xe] 4f
14
5d
10
6s
2
6p
6
32 Ge Germani 1886 [Ar] 3d
10
4s

2
4p
2
87 Fr Franci 1939 [Rn] 7s
1
33 As Arsen t.cổ [Ar] 3d
10
4s
2
4p
3
88 Ra Radi 1898 [Rn] 7s
2
34 Se Selen 1817 [Ar] 3d
10
4s
2
4p
4
89 Ac Actini 1899 [Rn] 6d
1
7s
2
35 Br Brom 1826 [Ar] 3d
10
4s
2
4p
5
90 Th Tori 1828 [Rn] 6d

2
7s
2
36 Kr Krypton 1898 [Ar] 3d
10
4s
2
4p
6
91 Pa Protactini 1918 [Rn] 5f
2
6d
1
7s
2
37 Rb Rubidi 1861 [Kr] 5s
1
92 U Urani 1789 [Rn] 5f
3
6d
1
7s
2
38 Sr Stronti 1808 [Kr] 5s
2
93 Np Neptuni 1940 [Rn] 5f
4
6d
1
7s

2
39 Y Ytri 1794 [Kr] 4d
1
5s
2
94 Pu Plutoni 1940 [Rn] 6d
6
7s
2
40 Zr Zirconi 1789 [Kr] 4d
2
5s
2
95 Am Americi 1944 [Rn] 6d
7
7s
2
41 Nb Niobi 1801 [Kr] 4d
4
5s
1
96 Cm Curi 1944 [Rn] 5f
7
6d
1
7s
2
42 Mo Molipden 1778 [Kr] 4d
5
5s

1
97 Bk Berkeli 1949 [Rn] 6d
9
7s
2
43 Tc Tecneti 1937 [Kr] 4d
5
5s
2
98 Cf Californi 1950 [Rn] 6d
10
7s
2
44 Ru Ruteni 1828 [Kr] 4d
7
5s
1
99 Es Einsteini 1952 [Rn] 6d
11
7s
2
45 Rh Rodi 1803 [Kr] 4d
8
5s
1
100 Fm Fermi 1952 [Rn] 6d
12
7s
2
46 Pd Paladi 1803 [Kr] 4d

10
101 Md Mendelevi 1955 [Rn] 6d
13
7s
2
47 Ag Bạc cổ [Kr] 4d
10
5s
1
102 No Nobeli 1966 [Rn] 6d
14
7s
2
48 Cd Cadmi 1817 [Kr] 4d
10
5s
2
103 Lr Lawrenci 1961 [Rn] 5f
14
6d
1
7s
2
49 In Indi 1863 [Kr] 4d
10
5s
2
5p
1
104 Rf Rutherfordi 1964 [Rn] 5f

14
6d
2
7s
2
50 Sn Thiếc cổ [Kr] 4d
10
5s
2
5p
2
105 Db Dubni 1972 [Rn] 5f
14
6d
3
7s
2
51 Sb Antimon cổ [Kr] 4d
10
5s
2
5p
3
106 Sg Seaborgi 1974 [Rn] 5f
14
6d
4
7s
2
52 Te Telur 1782 [Kr] 4d

10
5s
2
5p
4
107 Bh Bohri 1981 [Rn] 5f
14
6d
5
7s
2
53 I Iod 1811 [Kr] 4d
10
5s
2
5p
5
108 Hs Hasi 1984 [Rn] 5f
14
6d
6
7s
2
54 Xe Xenon 1898 [Kr] 4d
10
5s
2
5p
6
109 Mt Meitneri 1982 [Rn] 5f

14
6d
7
7s
2
55 Cs Cesi 1860 [Xe] 6s
1
110 – Ununlini 1994 [Rn] 5f
14
6d
8
7s
2
Chương 2 Liên kết hóa học
11
3. Hệ sẽ càng bền khi năng lượng tự do của hệ càng thấp.
4. Phản ứng chỉ có thể tự xảy ra khi làm năng lượng tự do của hệ giảm xuống.
5. Lượng năng lượng tự do giảm đi chủ yếu là do sự phá hủy các liên kết cũ và hình thành
các liên kết mới khi xảy ra sự chuyển hóa các tác chất tạo thành các sản phẩm.
6. Nhiệt động lực học quy ước điểm gốc 0 của trục năng lượng tương ứng với mức năng
lượng cực đại của hệ khi các tiểu phân của các chất cách xa nhau vô hạn. Giữa các tiểu
phân lúc này hoàn toàn không hình thành bất cứ liên kết nào.
7. Theo quy ước này, khi hình thành liên kết hóa học thì năng lượng tự do của hệ giảm
xuống. Hệ càng bền nếu năng lượng tự do của hệ càng âm (< 0), tức là càng nhỏ.
8. Điều này có nghóa là sản phẩm càng bền nếu các liên kết mới
được hình thành khiến cho sản phẩm có năng lượng càng âm,
hay năng lượng càng nhỏ, so với các liên kết cũ trong tác chất.
9. Thực tế thì các nhà hóa học lại hay sử dụng giá trò tuyệt đối của
năng lượng nên thường nói rằng hệ càng bền khi năng lượng của
quá trình phản ứng càng lớn.

10. Cần lưu ý điều này để tránh các nhầm lẫn đáng tiếc.

2.2.3 Các thông số đặc trưng cho liên kết
1. Độ dài liên kết d (~Å = 10
−10
m) là khoảng cách cân bằng giữa hai hạt nhân của hai
nguyên tử liên kết với nhau. Độ dài của một liên kết càng ngắn thì liên kết càng bền.
2.
Góc liên kết (
0
) là góc tạo bởi hai đoạn thẳng tưởng tượng
đi qua hạt nhân của nguyên tử đang xét với hai nguyên tử
liên kết với nó.
3.
Năng lượng liên kết E (kJ/mol, kcal/mol) là năng lượng cần thiết để cắt đứt liên kết. Năng
lượng liên kết càng lớn thì độ bền của liên kết càng cao và liên kết càng bền.
4.
Bậc liên kết n là số lượng liên kết được hình thành giữa hai nguyên tử đang xét. Ví dụ
như bậc liên kết của N trong N≡N là n = 3 gồm một liên kết σ và hai liên kết π.

2.3 Liên kết ion
2.3.1 Mô hình của liên kết ion
1. Liên kết ion là liên kết hóa học được hình thành khi các điện tử hóa trò tham gia liên kết
của các nguyên tử được cho là thuộc về nguyên tố có độ âm điện χ lớn hơn.
2. Nguyên tử cho điện tử là
kim loại tạo thành cation.
Nguyên tử nhận điện tử là
không kim loại tạo thành anion.
3. Mỗi cation được coi là một điện tích điểm
vật lý có điện tích q

+
và bán kính r
+
.
Hình 2.2 Mô hình liên kết ion
4. Mỗi anion được coi là một điện tích điểm
vật lý có điện tích q
–
và bán kính r
–
.
5. Lực tương tác giữa các ion là lực điện.
6. Lưu ý là bán kính thường biến đổi rất lớn
trong quá trình hình thành liên kết ion:
Chương 2 Liên kết hóa học
12
• Nguyên tố kim loại → cation: r
kl
→ r
q
+
↓
• Nguyên tố không kim loại → anion: r
cht
→ r
q
–
↑

Hình 2.3 Biến đổi bán kính của các tiểu phân trong quá trình hình thành liên kết ion

2.3.2 Điều kiện hình thành liên kết ion
1. Liên kết ion được hình thành khi hai nguyên tử tham gia liên kết có độ âm điện χ khác
biệt lớn (Δχ lớn), ứng với
một kim loại có số oxi hóa ≤ 3 liên kết với một không kim loại.
2. Người ta chấp nhận khi chênh lệch độ âm điện Δχ ≥ 2,2 thì liên kết A
+
–B
–
có tính ion ≥
70% và có thể xem như liên kết có bản chất ion. Không có liên kết ion 100%.
3. Công thức Pauling để tính phần trăm tính ion của liên kết A
+
–B
–
theo độ âm điện χ:
% tính ion của liên kết =
)e1(
2
BA
)(
4
1
χ−χ−
− ×100%
Bảng 2.4 % tính ion của liên kết A
+
–B
–

theo chênh lệch độ âm điện Δχ
Δχ
% ion
Δχ
% ion
Δχ
% ion
0,2 1 1,2 30 2,2 70
0,4 4 1,4 39 2,4 76
0,6 9 1,6 47 2,6 82
0,8 15 1,8 55 2,8 86
1,0 22 2,0 63 3,0 89
3,2 92
2.3.3 Các tính chất của liên kết ion
1. Do bản chất của lực liên kết ion là lực điện ion có tính chất bất đònh hướng và bất bão
hòa nên liên kết ion cũng có hai tính chất chính là bất đònh hướng và bất bão hòa.
2. Tính bất đònh hướng khiến cho một ion hút các ion ngược dấu theo mọi phương là như
nhau nên các ion có thể liên kết với các ion trái dấu theo bất kỳ phương nào.
3. Tính bất bão hòa khiến cho một ion có xu hướng hút một số lượng tối đa các ion trái
dấu, ngoại trừ hiệu ứng lập thể giới hạn lượng ion trái dấu có thể bao quanh ion đó.
4. Hệ quả là sự phân bố trong không gian của các ion phụ thuộc chủ yếu vào bán kính và
điện tích của các cation và anion. Các ion thường có số phối trí cao là 8, 6 hay 4.
5. Các hợp chất ion tạo thành những hạt rắn bền bao gồm một số rất lớn các ion trái dấu
sắp xếp một cách trật tự và tuần hoàn. Các hạt rắn này được gọi là các tinh thể ion.
Chương 2 Liên kết hóa học
13

SPT: (a) 12 (b) 8 (c) 6 (d) 4 (e) 3 (f) 2
Hình 2.4 Các số phối trí (SPT) thông thường

2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của liên kết ion trong tinh thể
1. Năng lượng liên kết A giữa một cation và một anion được tính theo tương tác tónh điện:

)rr(
e)qq(
kA
2
−+
−+
+
×
−=
(2.1)
2. Tập hợp các cation và anion tạo thành tinh thể ion và độ bền của liên kết ion được tính
theo năng lượng tương tác tónh điện trong tinh thể A
tt
(năng lượng mạng tinh thể):

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
+
×
−=
−+
−+

n
1
1
)rr(
e)qq(
kA
2
tt
(2.2)
trong đó: k hệ số tỉ lệ
q
+
, q
–
điện tích của cation và anion
r
+
, r
–
bán kính của cation và anion
n hệ số đẩy Born, n > 1, n phụ thuộc vào cấu trúc điện tử của ion và
được xác đònh từ độ chòu nén và tính chất quang học của tinh thể:
Cấu trúc điện tử He Ne Ar Kr Xe
n 5 7 9 10 12


Hình 2.5 Mô hình tính toán lực liên kết ion trong tinh thể

3. Độ bền của liên kết ion càng cao khi các cation và anion có:
a. Điện tích càng lớn nghóa là khi q

+
và q
–
↑
b. Bán kính càng nhỏ nghóa là khi r
+
và r
–
↓
4.
Yếu tố điện tích q
±
có tính quyết đònh do biến thiên lớn và theo tích của 2 điện tích.
5. Yếu tố bán kính r
±
không quan trọng bằng do biến thiên ít và theo tổng của 2 bán kính.
Chương 2 Liên kết hóa học
14
Bảng 2.5 Giá trò r
±
của một số ion đơn giản
Ion Na
+
K
+
Ca
2+
Ba
2+
Cl

–
I
–
r
±
Å 0,95 1,33 0,99 1,35 1,81 2,22

6. Ví dụ: Khi so sánh một cách đơn giản (không tính đến hệ số đẩy Born) năng lượng
tương tác tónh điện A đối với các muối MX
n
bằng cách thay đổi bán kính và điện tích khi
lần lượt thay đổi các cặp cation K
+
–Ba
2+
và anion Cl
–
–I
–
tạo thành hệ KCl–BaCl
2
và hệ
KCl–KI, tỉ số năng lượng liên kết biến thiên như sau:
• Tăng 99% khi tăng điện tích của ion bằng cách thay K
+
bằng Ba
2+
.
2
BaCl

KCl
A
A
=
81,135,1
2
:
81,133,1
1
++
=
16,3
2
:
14,3
1
=
99,1
1

• Giảm 12% khi tăng bán kính của ion bằng cách thay Cl
–
bằng I
–
.
KI
KCl
A
A
=

22,233,1
1
:
81,133,1
1
++
=
55,3
1
:
14,3
1
=
88,0
1


2.4 Liên kết cộng hóa trò
2.4.1 Mô hình của liên kết cộng hóa trò
1. Liên kết cộng hóa trò là liên kết hóa học được hình thành khi đôi điện tử hóa trò của hai
nguyên tử liên kết tập trung vào khu vực giữa hai hạt nhân. Đôi điện tử hóa trò nằm giữa
hai hạt nhân có tác dụng kéo hai hạt nhân lại gần nhau.
2. Khi đôi điện tử liên kết chỉ do một nguyên tử cung cấp thì gọi là liên kết cộng hóa trò cho-
nhận hay liên kết phối trí.

Hình 2.6 Mô hình liên kết cộng hóa trò của các vân đạo tạo liên kết σ và π
Chương 2 Liên kết hóa học
15
2.4.2 Điều kiện hình thành liên kết cộng hóa trò
1. Liên kết cộng hóa trò được hình thành khi thỏa 1 trong 2 điều kiện sau:

a. Hai không kim loại liên kết với nhau
b. Một không kim loại liên kết với một kim loại có số oxi hóa > 3
với: • Mức năng lượng của hai vân đạo liên kết gần nhau.
• Các vân đạo liên kết đònh hướng để xen phủ hiệu quả.
• Mật độ điện tử trong vùng xen phủ đủ lớn.
2. Người ta thường phát biểu một cách đơn giản nhưng đầy sai lầm là:
a. Δχ ≤ 0,6 Liên kết là cộng hóa trò không phân cực hay liên kết cộng hóa trò.
b. 0,6 < Δχ < 2,2 Liên kết là cộng hóa trò phân cực.

2.4.3 Các tính chất của liên kết cộng hóa trò
1. Sự xen phủ của một số lượng hữu hạn các vân đạo hóa trò đònh hướng trong không gian
khiến cho liên kết cộng hóa trò có hai tính chất chính là đònh hướng và bão hòa.
2. Tính đònh hướng khiến cho liên kết cộng hóa trò tạo thành các góc liên kết có giá trò xác
đònh đối với mỗi phân tử.
3. Tính bão hòa làm cho các nguyên tử trong phân tử thường có số phối trí thấp: 6, 4 và 3.
4. Liên kết cộng hóa trò thường được biểu diễn bằng các vạch nối tạo thành các góc xác
đònh giữa các nguyên tử liên kết trực tiếp với nhau.

2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của liên kết cộng hóa trò
1. Độ bền của liên kết cộng hóa trò thay đổi từ thấp đến cao.
2. Ba yếu tố chính ảnh hưởng đến độ bền của liên kết cộng hóa trò là:
a. Yếu tố đồng mức năng lượng của 2 vân đạo liên kết
Đồng năng
b. Yếu tố thể tích xen phủ của 2 vân đạo liên kết
Xen phủ
c. Yếu tố mật độ điện tử trong vùng xen phủ
Mật độ
3. Thể tích xen phủ càng lớn và mật độ điện tử trong vùng xen phủ càng cao thì sự xen
phủ càng có hiệu quả và độ bền của liên kết cộng hóa trò càng cao.
4. Thực tế, độ bền của liên kết cộng hóa trò càng cao khi các yếu tố ảnh hưởng như sau:

a. Hai vân đạo liên kết có mức năng lượng càng gần nhau Đồng năng cao
≡
b. Thể tích xen phủ của 2 vân đạo liên kết càng lớn Xen phủ lớn
↑
c. Mật độ điện tử trong vùng xen phủ càng cao Mật độ cao ↑
5. Yếu tố mật độ điện tử là yếu tố quyết đònh nhất đến độ bền của liên kết cộng hóa trò.
6. Một cách trực quan, điện tử liên kết tích điện âm như keo gắn liền hai hạt nhân tích điện
dương lại với nhau. Độ kết dính của keo tăng lên khi hàm lượng chất kết dính tăng (mật
độ điện tử tăng) chứ không phải do lượng dung môi nhiều (thể tích xen phủ tăng).
7. Hệ quả là các nguyên tố thuộc chu kỳ hai có bán kính nhỏ và mật độ điện tử lớn như C,
N, O và H tạo thành liên kết cộng hóa trò có độ bền cao trong các hợp chất hữu cơ.