LÝ THUYẾT - SÁCH HÌNH ĐỘNG
LỚP 10·10 / 2026

LKH · 0740 phút

Liên kết hydrogen và tương tác van der Waals

Nhiệt độ sôi, độ tan, đúng sai tổng hợp

Cần học trướcLKH · 04 · Độ âm điện, liên kết phân cực và tính chất hợp chấtLKH · 05 · Liên kết σ, π và năng lượng liên kết

Mục tiêu

  • Nêu điều kiện hình thành liên kết hydrogen và nhận biết chất có liên kết hydrogen giữa các phân tử.
  • Giải thích nhiệt độ sôi, độ tan bằng liên kết hydrogen và tương tác van der Waals.
  • So sánh nhiệt độ sôi của các chất và đánh giá các ý đúng, sai tổng hợp về liên kết.

Khởi động

Nước và hydrogen sulfide (H2S\mathrm{H_2S}) cùng nhóm VIA nhưng nước sôi ở 100 ∘C100\,{}^\circ\mathrm{C} còn H2S\mathrm{H_2S} sôi ở khoảng −60 ∘C-60\,{}^\circ\mathrm{C}. Nếu không có điều gì "đặc biệt", nước đã là khí ở nhiệt độ phòng. Điều đặc biệt đó là gì?

liên kết hydrogenδ⁻δ⁺

01Kiến thức cần nhớ

1. Tương tác van der Waals

Giữa các phân tử (kể cả phân tử không cực và nguyên tử khí hiếm) luôn có lực hút yếu gọi chung là tương tác van der Waals: do sự lệch tạm thời của đám mây electron tạo lưỡng cực tạm thời rồi cảm ứng sang phân tử bên cạnh, cộng thêm lực hút giữa các lưỡng cực có sẵn ở phân tử phân cực.

  • Phân tử lớn hơn, khối lượng lớn hơn có nhiều electron, dễ biến dạng, nên lực mạnh hơn, nhiệt độ sôi cao hơn: He\mathrm{He} (−269 ∘C-269\,{}^\circ\mathrm{C}) << Ne\mathrm{Ne} (−246-246) << Ar\mathrm{Ar} (−186-186) << Kr\mathrm{Kr} (−153-153) << Xe\mathrm{Xe} (−108-108); F2\mathrm{F_2} (−188-188) << Cl2\mathrm{Cl_2} (−34-34) << Br2\mathrm{Br_2} (5959) << I2\mathrm{I_2} (184184).
  • Hình dạng: phân tử dài, thẳng tiếp xúc nhiều hơn phân tử gọn, cầu: nn-pentane sôi ở khoảng 36 ∘C36\,{}^\circ\mathrm{C} cao hơn neopentane (khoảng 9,5 ∘C9{,}5\,{}^\circ\mathrm{C}) dù cùng C5H12\mathrm{C_5H_{12}}.

2. Liên kết hydrogen

Liên kết hydrogen là tương tác giữa nguyên tử H\mathrm{H} mang δ+\delta^+ (gắn với F\mathrm{F}, O\mathrm{O} hoặc N\mathrm{N}) của phân tử này với cặp electron riêng của nguyên tử F\mathrm{F}, O\mathrm{O}, N\mathrm{N} của phân tử khác. Kí hiệu bằng nét chấm: O−H⋯O\mathrm{O-H\cdots O}.

Điều kiện: (1) H\mathrm{H} gắn trực tiếp với F\mathrm{F}, O\mathrm{O} hoặc N\mathrm{N} (độ âm điện lớn, bán kính nhỏ); (2) có nguyên tử F\mathrm{F}, O\mathrm{O} hoặc N\mathrm{N} còn cặp electron riêng làm chất nhận.

  • Có liên kết hydrogen giữa các phân tử cùng loại: H2O\mathrm{H_2O}, NH3\mathrm{NH_3}, HF\mathrm{HF}, CH3OH\mathrm{CH_3OH}, CH3COOH\mathrm{CH_3COOH}.
  • Không có: CH4\mathrm{CH_4} (liên kết C−H\mathrm{C-H} không đủ phân cực), H2S\mathrm{H_2S}, HCl\mathrm{HCl} (S\mathrm{S}, Cl\mathrm{Cl} lớn, kém), CH3OCH3\mathrm{CH_3OCH_3} (không có H\mathrm{H} gắn O\mathrm{O}).

Mỗi phân tử nước có thể tạo tối đa 4 liên kết hydrogen: 2 do hai H\mathrm{H} (cho) và 2 do hai cặp riêng của O\mathrm{O} (nhận).

Liên kết hydrogen yếu hơn rất nhiều liên kết cộng hoá trị (khoảng 1010 đến 40 kJ/mol40\ \text{kJ/mol}, so với O−H\mathrm{O-H} là 463 kJ/mol463\ \text{kJ/mol}) nhưng mạnh hơn tương tác van der Waals thông thường; nhờ rất nhiều liên kết cộng lại nên tác dụng lớn.

Tương tácCụm phân tử nước
Liên kết hydrogen của phân tử ở giữa: 4 (tối đa 4)
Liên kết cộng hoá trị :
Liên kết hydrogen : , dài gấp 1,9 lần
Khoảng cách :
Nét đứt xanh là liên kết hydrogen, yếu hơn nhiều so với liên kết O–H.
Số phân tử bao quanh

Kéo để xoay. Thêm từng phân tử bao quanh: hai phân tử nhận (cặp riêng hướng vào H) và hai phân tử cho (H hướng vào O). Nét đứt xanh là liên kết hydrogen.

3. Ảnh hưởng đến nhiệt độ sôi và độ tan

Muốn đun sôi phải phá các lực giữa các phân tử. Có liên kết hydrogen thì nhiệt độ sôi cao bất thường:

NhómHydride theo chu kì 2, 3, 4, 5Nhiệt độ sôi (∘C^\circ\mathrm{C})
IVACH4\mathrm{CH_4}, SiH4\mathrm{SiH_4}, GeH4\mathrm{GeH_4}, SnH4\mathrm{SnH_4}−162-162, −112-112, −88-88, −52-52
VANH3\mathrm{NH_3}, PH3\mathrm{PH_3}, AsH3\mathrm{AsH_3}, SbH3\mathrm{SbH_3}−33-33, −88-88, −62-62, −17-17
VIAH2O\mathrm{H_2O}, H2S\mathrm{H_2S}, H2Se\mathrm{H_2Se}, H2Te\mathrm{H_2Te}100100, −60-60, −41-41, −2-2
VIIAHF\mathrm{HF}, HCl\mathrm{HCl}, HBr\mathrm{HBr}, HI\mathrm{HI}2020, −85-85, −67-67, −35-35

Nhóm IVA tăng đều theo khối lượng (van der Waals). Ba nhóm còn lại, hydride của N\mathrm{N}, O\mathrm{O}, F\mathrm{F} nằm cao hẳn so với quy luật: đó là dấu của liên kết hydrogen.

Độ tan: chất tạo được liên kết hydrogen với nước thì tan tốt. Ethanol CH3CH2OH\mathrm{CH_3CH_2OH} tan vô hạn trong nước; khi mạch carbon dài hơn, phần không phân cực lớn dần nên độ tan giảm. Ethanol (khoảng 78 ∘C78\,{}^\circ\mathrm{C}) sôi cao hơn dimethyl ether (khoảng −24 ∘C-24\,{}^\circ\mathrm{C}) cùng C2H6O\mathrm{C_2H_6O} vì ethanol có O−H\mathrm{O-H}.

Tương tácNhiệt độ sôi của hydride
Nhóm
-150-100-50050100chu kì 2chu kì 3chu kì 4chu kì 5°Cliên kết hydrogen
Xem chu kì
:
Đường xu hướng (van der Waals, kẻ từ chu kì 3, 4, 5): . Độ lệch: +192 °C, cao bất thường do liên kết hydrogen.

Chọn nhóm rồi xem từng chu kì. Đường nét đứt là quy luật van der Waals kẻ từ chu kì 3, 4, 5; điểm cam (NH₃, H₂O, HF) nằm cao hẳn so với đường đó.

4. Tổng hợp: nhận định đúng sai về liên kết

Khi đánh giá một nhận định, xét lần lượt: (1) loại liên kết trong chất (tính Δχ\Delta\chi); (2) nếu là phân tử, có H\mathrm{H} gắn F\mathrm{F}, O\mathrm{O}, N\mathrm{N} không; (3) so sánh nhiệt độ sôi hay độ tan theo thứ tự: liên kết hydrogen, rồi khối lượng và hình dạng; (4) đếm σ\sigma, π\pi nếu hỏi. Mỗi ý trong câu đúng/sai là độc lập: một ý sai không làm các ý khác sai.

02Tóm tắt

ÝNội dung
Van der WaalsCó ở mọi phân tử; mạnh hơn khi khối lượng lớn, phân tử thẳng
Liên kết hydrogenX−H⋯Y\mathrm{X-H\cdots Y} với X\mathrm{X}, Y\mathrm{Y} là F\mathrm{F}, O\mathrm{O}, N\mathrm{N}
Độ mạnhCộng hoá trị ≫\gg liên kết hydrogen >> van der Waals
Nhiệt độ sôiXét liên kết hydrogen trước, rồi khối lượng và hình dạng
Độ tanTạo liên kết hydrogen với nước thì tan tốt
Tiếp theoPhương pháp →