Hóa học 10 Cánh Diều Bài 12: Liên kết Hydrogen và tương tác Van Der Waals

- Các phân tử H₂O cũng như một số loại phân tử khác chứa hydrogen như HF, NH₃... có thể liên kết được với nhau bởi một loại liên kết xuất hiện giữa các phân tử: liên kết hydrogen.

a. Khái niệm

- Liên kết hydrogen là một loại liên kết yếu được hình thành giữa nguyên tử H (đã liên kết với một nguyên tử có độ âm điện lớn) với một nguyên tử khác (có độ âm điện lớn) còn cặp electron riêng. Các nguyên tử có độ âm điện lớn thường gặp trong liên kết hydrogen là N, O, F.

- Liên kết hydrogen thường được kí hiệu là dấu ba chấm (...), rải đều từ nguyên tử H đến nguyên tử tạo liên kết hydrogen với nó.

Trong đó, X, Y là các nguyên tử N, O, F.

- Liên kết hydrogen có bản chất tĩnh điện. Tương tác hút tĩnh điện giữa \({H^{\delta  + }}\) và \({Y^{\delta  - }}\) thể hiện bản chất của liên kết hydrogen.

Ví dụ 1

Liên kết hydrogen được tạo ra giữa hai phân tử nước (Hình 12.2).

Hình 12.2. Liên kết hydrogen giữa hai phân tử nước

Ta thấy, ở khoảng cách 177 pm, lớn hơn độ dài liên kết cộng hoá trị 0 - H (96 pm), đã xuất hiện liên kết hydrogen.

Ví dụ 2

Ở nhiệt độ thấp, hydrogenfluoride (HF) tồn tại thể rắn dưới dạng polimer (HF)_n nhà liên kết hydrogen.

... F - H ...F - H...

Hình 12.3. Sơ đồ liên kết hydrogen giữa các phân tử hydrogen fluoride

b. Ảnh hưởng của liên kết hydrogen tới tính chất vật lí của nước

- Đặc điểm tập hợp

+ Nhờ liên kết hydrogen, các phân tử nước có thể tập hợp với nhau, ngay cả ở thể hơi, thành một cụm phân tử. Kích thước các cụm phân tử này thay đổi tùy theo điều kiện nhiệt độ, áp suất. Đặc điểm này khác hẳn so với hầu hết các chất khác.

Hình 12.4. Một số cụm phân tử nước

- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi

+ Tại áp suất 1 bar, nước có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tương ứng là 0°C và (xấp xỉ) 100^oC, cao hơn so với nhiều chất có khối lượng phân tử lớn hơn nước (Bảng 12.1). Tính chất này là do các phân tử nước liên kết khá chặt chẽ với nhau bởi các liên kết hydrogen.

Bảng 12.1. Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của một số chất ở áp suất 1 bar

- Mặc dù có lực liên kết rất yếu, nhưng tương tác van der Waals lại có nhiều ảnh hưởng trong thực tiễn. Ví dụ: sự bám hút của các hạt bụi lên bề mặt nhẵn, sự hấp phụ các phân tử chất màu và chất độc hại trong nước bởi than hoạt tính,...

a. Khái niệm

- Tương tác van der Waals là một loại liên kết rất yếu, hình thành do lực hút tĩnh điện giữa các cực trái dấu của phân tử.

Hình 12.5. Các khả năng tương tác hút tĩnh điện giữa các cực trái dấu của hai phân tử

- Liên kết cộng hoá trị có cực là nguyên nhân dẫn tới sự phân cực ở các phân tử HCl, SO₂,...

Hình 12.6. Một số phân tử có cực (a) và biểu diễn các cực của phân tử (b)

b. Ảnh hưởng của tương tác van der Waals tới tính chất vật lí của các chất

- Tương tự liên kết hydrogen, tương tác van der Waals làm tăng nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi các chất, nhưng ở mức độ ảnh hưởng yếu hơn so với liên kết hydrogen.

Bài 1: Hai phân tử nước có thể liên kết được với nhau. Dựa vào sự phân bố điện tích trong phân tử nước (hình 12.1), cho biết liên kết giữa hai phân tử nước có thể được hình thành qua cặp nguyên tử nào?

(1) O với O

(2) H với H

(3) O với H

Giải thích sự lựa chọn của em.

Hướng dẫn giải

Dựa vào sự phân bố điện tích trong phân tử nước (hình 12.1), liên kết giữa hai phân tử nước được hình thành qua cặp nguyên tử O với H.

Do nguyên tử H mang điện tích dương nên liên kết với nguyên tử mang điện tích âm là O. Ngoài ra O còn 2 cặp electron riêng và độ âm điện lớn hơn H. Vì vậy phân tử H2O được tạo bởi các liên kết hydrogen của cặp nguyên tử O – H, liên kết này có bản chất tĩnh điện, tương tác hút điện giữa và , giúp liên kết hai phân tử H2O với nhau.

Bài 2: So sánh nhiệt độ sôi và khả năng hòa tan trong nước giữa NH3 và CH4. Giải thích

Hướng dẫn giải

- Phân tử NH3 có khả năng liên kết hydrogen liên phân tử do N có độ âm điện cao

- Phân tử CH4 không có khả năng liên kết hydrogen liên phân tử do C có độ âm điện thấp

→ Phân tử NH3 có nhiệt độ sôi cao hơn và khả năng hòa tan trong nước tốt hơn soi với CH4

Bài 3: Hãy giải thích sự khác nhau về nhiệt độ sôi của butane và isobutane.

Hướng dẫn giải

Học xong bài học này, em có thể:

- Trình bày được khái niệm liên kết hydrogen. Vận dụng để giải thích được sự xuất hiện liên kết hydrogen (với nguyên tố có độ âm điện lớn: N, P, F).

- Nêu được vai trò, ảnh hưởng của liên kết hydrogen tới tính chất vật lí của H2O.

- Nếu được khái niệm về tương tác (liên kết) van der Waals và ảnh hưởng của tương tác này tới nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các chất.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Hóa học 10 Cánh Diều Bài 12 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Chọn phương án đúng: Trong liên kết Van der Waals của hợp chất CH₄ thì tương tác nào là đáng kể:

  • A. Không có cơ sở để xác định. 
  • B. Tương tác định hướng. 
  • C. Tương tác khuếch tán. 
  • D. Tương tác cảm ứng.

• Câu 2:

  Nguyên tố X và Y thuộc nhóm A; nguyên tử nguyên tố X có 7 electron trên các phân lớp s, nguyên tử nguyên tố Y có 17 electron trên các phân lớp p. Công thức hợp chất tạo bởi X và Y; liên kết hóa học trong hợp chất đó là:

  • A. XY; liên kết ion.
  • B. Y₂X; liên kết ion.
  • C. X₅Y; liên kết cộng hoá trị.
  • D. X₇Y; liên kết cộng hoá trị.

• Câu 3:

  Chất nào sau đây trong phân tử chỉ có liên kết đơn.

  • A. C₂H₃Cl.
  • B. C₂H₄
  • C. CH₄
  • D. C₂H₂

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Hóa học 10 Cánh Diều Bài 12 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Giải câu hỏi trang 65 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Luyện tập trang 65 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Vận dụng trang 65 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Luyện tập trang 66 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Vận dụng trang 66 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Vận dụng trang 67 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Vận dụng trang 68 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 1 trang 69 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 2 trang 69 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 3 trang 69 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 4 trang 69 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 12.1 trang 34 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 12.2 trang 34 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 12.3 trang 34 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 12.4 trang 34 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 12.5 trang 34 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 12.6 trang 34 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 12.7 trang 35 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 12.8 trang 35 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 12.9 trang 35 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 12.10 trang 35 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 12.11 trang 35 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 12.12 trang 35 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 12.13 trang 36 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 12.14 trang 36 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Hóa học HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!