Liên kết cộng hóa trị

Liên kết cộng hóa trị là một liên kết hóa học trong đó các nguyên tử dùng chung một hoặc nhiều cặp electron. Trong hóa học nhập môn, điều này thường xảy ra giữa các nguyên tử phi kim và giải thích nhiều phân tử quen thuộc như $\text{H}_2$, $\text{O}_2$, $\text{H}_2\text{O}$ và $\text{CO}_2$.

Nếu bạn chỉ nhớ một ý, hãy nhớ điều này: liên kết cộng hóa trị là sự dùng chung electron, không phải sự chuyển electron hoàn toàn từ nguyên tử này sang nguyên tử khác.

Vì Sao Liên Kết Cộng Hóa Trị Hình Thành

Các nguyên tử thường liên kết với nhau vì trạng thái có liên kết có năng lượng thấp hơn so với khi các nguyên tử tách rời. Trong nhiều trường hợp nhập môn, việc dùng chung electron giúp mỗi nguyên tử lấp đầy lớp electron ngoài cùng đầy đủ hơn.

Với nhiều nguyên tử thuộc nhóm chính, điều này được mô tả bằng quy tắc bát tử. Quy tắc này hữu ích, nhưng nó là một khuôn mẫu chứ không phải định luật. Hydro là một ngoại lệ phổ biến vì nó thường bền với $2$ electron, không phải $8$.

Dùng Chung Electron Có Nghĩa Là Gì

Trong liên kết cộng hóa trị, các electron bị hút bởi cả hai hạt nhân. Lực hút chung đó giữ các nguyên tử ở với nhau.

Sự dùng chung này không nhất thiết phải bằng nhau. Nếu một nguyên tử hút cặp electron chung mạnh hơn, liên kết đó vẫn là cộng hóa trị, nhưng là liên kết cộng hóa trị phân cực thay vì không phân cực.

Ví Dụ Minh Họa: $\text{H}_2$ Hình Thành Như Thế Nào

Hai nguyên tử hydro có thể tạo thành $\text{H}_2$. Mỗi nguyên tử hydro ban đầu có một electron, và mỗi nguyên tử bền nhất khi có $2$ electron ở lớp thứ nhất.

Khi hai nguyên tử dùng chung một cặp electron, mỗi nguyên tử hydro về mặt hiệu dụng được tính cặp electron chung đó vào lớp ngoài cùng của mình. Nhờ vậy, mỗi nguyên tử đạt được bộ đôi electron bền mà nó cần.

Bạn thường sẽ thấy điều này được biểu diễn như sau:

$$\text{H} \cdot + \cdot \text{H} \rightarrow \text{H}:\text{H}$$

Hai dấu chấm trong cấu trúc cuối cùng biểu diễn một cặp electron dùng chung, tức là một liên kết cộng hóa trị đơn.

Đây là ví dụ đơn giản nhất về liên kết cộng hóa trị vì hydro không cần bát tử. Nó chỉ cần bộ đôi electron, nên một cặp dùng chung là đủ.

Liên Kết Cộng Hóa Trị Đơn, Đôi Và Ba

Liên kết đơn có một cặp electron dùng chung. Liên kết đôi có hai cặp electron dùng chung. Liên kết ba có ba cặp electron dùng chung.

Nhiều cặp electron dùng chung hơn thường có nghĩa là liên kết ngắn hơn và bền hơn, khi bạn so sánh cùng hai nguyên tử trong các phân tử tương tự nhau. Cần so sánh cẩn thận, vì độ bền liên kết còn phụ thuộc vào chính các nguyên tử tham gia.

Những Nhầm Lẫn Thường Gặp Về Liên Kết Cộng Hóa Trị

Nhầm Dùng Chung Với Dùng Chung Bằng Nhau

Không phải mọi liên kết cộng hóa trị đều dùng chung electron một cách bằng nhau. Sự dùng chung bằng nhau gần với trường hợp không phân cực hơn. Sự dùng chung không đều tạo ra điện tích riêng phần và độ phân cực của liên kết.

Coi Quy Tắc Bát Tử Là Phổ Quát

Quy tắc bát tử là một mô hình tốt cho người mới học đối với nhiều phân tử, nhưng không phải tất cả. Hydro tuân theo quy tắc bộ đôi, và một số nguyên tử có thể tạo thành các phân tử bền mà không phù hợp với mô hình bát tử đơn giản.

Nhầm Lẫn Giữa Liên Kết Cộng Hóa Trị Và Liên Kết Ion

Trong liên kết ion, electron được chuyển đi đủ nhiều để tạo thành các ion mang điện trái dấu. Trong liên kết cộng hóa trị, hình dung chính là mật độ electron được dùng chung giữa các nguyên tử.

Liên Kết Cộng Hóa Trị Được Dùng Ở Đâu

Liên kết cộng hóa trị là các liên kết cơ bản trong nhiều chất quen thuộc, gồm nước, oxy, carbon dioxide, đường, protein, nhựa và DNA. Chúng đặc biệt quan trọng trong hóa học hữu cơ vì carbon tạo liên kết cộng hóa trị với nhiều nguyên tố và có thể xây dựng các mạch và vòng bền.

Nếu bạn muốn dự đoán hình dạng phân tử, độ phân cực hoặc khả năng phản ứng, thì hiểu về liên kết cộng hóa trị thường là bước đầu tiên.

Thử Một Ví Dụ Tương Tự

Hãy tự thử với $\text{Cl}_2$ hoặc $\text{O}_2$ và đặt một câu hỏi trước: mỗi nguyên tử cần bao nhiêu electron để có lớp ngoài cùng bền hơn? Sau đó đếm xem cần dùng chung bao nhiêu cặp electron. Nếu muốn đi xa hơn, hãy tìm hiểu tiếp về cấu trúc Lewis vì chúng giúp bạn hình dung liên kết cộng hóa trị dễ hơn nhiều.