Lý thuyết orbital phân tử chưa bao giờ rõ ràng như với công thức tính bậc liên kết của chúng tôi. Trong bài viết sau đây, chúng tôi sẽ giải thích bậc liên kết là gì và cách sử dụng công thức bậc liên kết. Bạn cũng sẽ tìm hiểu sự khác biệt giữa các electron tạo liên kết và chống liên kết. Nghe có vẻ thú vị phải không? Hãy cùng đi sâu vào tìm hiểu!
Bậc liên kết là gì?
Bậc của liên kết quyết định độ bền của phân tử hoặc ion. Bậc liên kết càng cao, liên kết càng mạnh, do đó năng lượng liên kết càng cao. Ngoài ra, đối với các phân tử hai nguyên tử, bậc liên kết càng lớn thì chiều dài liên kết càng ngắn.
Có một số định nghĩa về bậc liên kết. Theo lý thuyết liên kết hóa trị, nó là:
số cặp electron liên kết giữa hai nguyên tử.
Trong lý thuyết orbital phân tử, bậc liên kết là:
hiệu số giữa số electron tạo liên kết và số electron chống liên kết chia cho 2.
Sự khác biệt là gì? Cả hai lý thuyết này đều đề cập đến vị trí của các electron. Trong khi lý thuyết đầu tiên khá đơn giản, lý thuyết thứ hai xuất phát từ cơ học lượng tử. Chúng tôi sẽ cố gắng giải thích nó một cách đơn giản nhất có thể.
Công thức tính của chúng tôi sử dụng công thức bậc liên kết từ lý thuyết orbital phân tử. Trong đoạn tiếp theo, chúng tôi sẽ giải thích cách sử dụng nó. Ở cuối bài viết, bạn cũng có thể đọc về cách tìm bậc liên kết bằng cấu trúc Lewis.
Công thức bậc liên kết – lý thuyết orbital phân tử
Trong lý thuyết orbital phân tử, bạn tính bậc liên kết bằng cách sử dụng các hàm mô tả trạng thái của các electron trong một hạt. Những hàm toán học đó được gọi là các orbital. Nói cách khác, các orbital đại diện cho vị trí có khả năng xuất hiện cao nhất của các electron trong đám mây electron, được mô tả bằng các chữ cái: s, p, d và f. Mỗi orbital có hình dạng và kích thước cụ thể (s là hình cầu, p có hình số 8), và chúng có năng lượng liên kết tương ứng. Chúng ta có thể phân biệt thêm các orbital tạo liên kết, chống liên kết và không liên kết, tùy thuộc vào hình học của liên kết.
Để tìm bậc liên kết, chúng ta phải xác định số electron trong lớp vỏ hóa trị và khối mà phân tử thuộc về. Để làm điều đó, hãy nhìn vào hình ảnh hiển thị bên dưới và so sánh nó với bảng tuần hoàn.
- Khối s: số electron trong lớp vỏ hóa trị bằng số nhóm của nguyên tố (ngoại trừ heli, có hai electron hóa trị)
- Khối p: số electron trong lớp vỏ hóa trị bằng số nhóm của nguyên tố trừ đi mười
- Các nguyên tố từ khối d và f không có nguyên tắc rõ ràng, vì vậy tốt nhất nên kiểm tra cách các electron lấp đầy các orbital và tìm hiểu từ đó.
Các electron lấp đầy các orbital từ s đến f, nghĩa là từ hiệu quả năng lượng cao nhất đến thấp nhất. Các nguyên tố trong khối s có một orbital tạo liên kết và một orbital chống liên kết tự do để liên kết, mỗi orbital có không gian cho hai electron. Các nguyên tố trong khối p có ba orbital có thể tham gia vào liên kết, khối d – năm orbital và khối f – bảy orbital. Mỗi orbital có một orbital tạo liên kết và một orbital chống liên kết, với tất cả các orbital tạo liên kết của một mức năng lượng được lấp đầy trước.
Làm thế nào để tính bậc liên kết? Sau khi xác định có bao nhiêu electron tạo liên kết và chống liên kết, hãy sử dụng công thức bậc liên kết này:
Bậc liên kết = (Số electron tạo liên kết - Số electron chống liên kết) / 2
Nếu bạn vẫn chưa chắc chắn cách tìm bậc liên kết, đừng lo lắng – chúng tôi sẽ đưa ra một vài ví dụ.
Cách tính bậc liên kết? – Ví dụ
- Bậc liên kết của H2 (hydro)
Bậc liên kết = (2 - 0) / 2 = 1Mỗi nguyên tử hydro có một electron hóa trị. Vì vậy, khi hai nguyên tử liên kết, tổng cộng có hai electron. Chúng lấp đầy orbital tạo liên kết, vì nó hiệu quả năng lượng hơn. - Bậc liên kết của CO (carbon monoxide)
Bậc liên kết = (8 - 2) / 2 = 3Carbon có hai electron trong orbital s và hai electron trong orbital p. Oxygen có hai electron trong orbital s và bốn electron trong orbital p. Khi chúng liên kết, có bốn electron trong orbital s và sáu electron trong orbital p. Vì vậy, trong orbital s có hai electron tạo liên kết và hai electron chống liên kết, và trong orbital p: sáu electron tạo liên kết. Vì các orbital s triệt tiêu lẫn nhau, sáu orbital tạo liên kết hình thành ba liên kết, đó là lý do tại sao carbon monoxide có liên kết ba!
Cách tìm bậc liên kết? – Lý thuyết liên kết hóa trị
Hãy nhắc lại một lần nữa bậc liên kết là gì. Bậc liên kết bằng số liên kết hóa học giữa hai nguyên tử. Nếu giữa hai nguyên tử có liên kết đơn – bậc liên kết bằng một. Nếu có liên kết đôi, bậc liên kết bằng hai, và cứ thế. Để xác định bậc liên kết, tất cả những gì bạn phải làm là vẽ cấu trúc Lewis của phân tử và xác định loại liên kết giữa các nguyên tử. Hãy xem một số ví dụ:
- Bậc liên kết của O2 (oxygen) – phân tử oxygen có liên kết đôi, vì vậy bậc liên kết bằng hai.
Bậc liên kết = số liên kết = 2
- Bậc liên kết của N2 (nitrogen) – phân tử nitrogen có liên kết ba, vì vậy bậc liên kết bằng ba.
Bậc liên kết = 3
Nếu bạn muốn tìm bậc liên kết cho các phân tử không phải hai nguyên tử, bạn có thể làm điều đó bằng cách tìm giá trị trung bình của các liên kết giữa các cặp nguyên tử. Ví dụ:
- Bậc liên kết của NO3 (nitrat) – Tổng cộng có bốn liên kết và ba nhóm liên kết trong nitrat.
Bậc liên kết = số liên kết / số nhóm = 4 / 3 = 1,33
Bạn có thể xem công thức tính độ bất bão hòa vì nó tính số liên kết pi và vòng trong cấu trúc của một phân tử hữu cơ.
Trong khi các tính toán bậc liên kết khá dễ dàng, việc tìm các electron tạo liên kết và chống liên kết có thể trở nên phức tạp! Hãy quay lại công thức tính bậc liên kết của chúng tôi bất cứ khi nào bạn cần một lời nhắc nhanh về cách tính bậc liên kết.
