Độ âm điện là gì? Bảng độ âm điện các nguyên tố hóa học?

1. Độ âm điện là gì? 

Độ âm điện là một khái niệm trong hóa học mô tả khả năng của một nguyên tử trong hợp chất hóa học hút electron từ các nguyên tử khác để tạo thành liên kết hóa học. Độ âm điện đo lường mức độ chênh lệch khả năng hút electron giữa các nguyên tử khi hình thành liên kết.

2. Tính chất của Độ âm điện:

–  Sự tương tác electron: Độ âm điện càng cao, nguyên tử càng có khả năng hút electron mạnh hơn và có xu hướng thu hẹp electron của nguyên tử khác. Điều này thường xảy ra ở các nguyên tử có số electron ngoại cùng thấp và năng lượng ion hóa cao. Những nguyên tử này thường là các nguyên tử phi kim, không có xu hướng dễ dàng để mất electron và thay vào đó, chúng tập trung vào việc thu hút electron từ các nguyên tử khác.

– Khả năng nhường electron: Độ âm điện càng thấp, nguyên tử càng có khả năng để mất electron hơn và có xu hướng nhường electron cho nguyên tử khác. Điều này thường xảy ra ở các nguyên tử kim loại, có năng lượng ion hóa thấp và số electron ngoại cùng cao. Các nguyên tử kim loại có xu hướng dễ dàng mất electron để đạt được cấu trúc electron của nguyên tử khí hiếm.

– Xác định loại liên kết: Sự chênh lệch độ âm điện giữa các nguyên tử trong một liên kết hóa học có thể cho phép xác định loại liên kết. Độ chênh lệch độ âm điện thấp thường cho thấy liên kết cộng hóa trị, trong đó các nguyên tử chia sẻ electron một cách chung chung. Độ chênh lệch độ âm điện lớn hơn có thể dẫn đến liên kết cộng hóa điện tử, trong đó một nguyên tử hút mạnh hơn các electron chung và tạo ra cường độ phân cực trong liên kết.

– Thang đo độ âm điện: Thang đo độ âm điện thông thường sử dụng thang đo của Pauling, được đặt ra bởi nhà hóa học Linus Pauling vào năm 1932. Trong thang đo này, nguyên tử hiđrô có độ âm điện thấp nhất là 2.2, và nguyên tử flo gần tới giới hạn với độ âm điện 4.0. Thang đo này cung cấp cơ sở để so sánh độ âm điện giữa các nguyên tử và dự đoán tính chất hóa học của chúng.

3. Ứng dụng của Độ âm điện:

– Xác định loại liên kết hóa học: Một trong những ứng dụng chính của độ âm điện là xác định loại liên kết hóa học trong các phân tử và hợp chất. Dựa vào sự chênh lệch độ âm điện giữa các nguyên tử, chúng ta có thể xác định xem liên kết trong phân tử là liên kết cộng hóa trị (độ chênh lệch nhỏ) hay liên kết cộng hóa trị có tính chất cực (độ chênh lệch lớn). Ví dụ, độ chênh lệch độ âm điện giữa hydro và oxi trong nước (H2O) là một ví dụ cho liên kết cộng hóa trị có tính chất cực.

– Dự đoán tính chất hóa học: Độ âm điện cũng giúp dự đoán tính chất hóa học của các phân tử và chất. Khi có sự chênh lệch độ âm điện lớn, chúng ta có thể dự đoán rằng phân tử sẽ có tính chất phân cực mạnh, có khả năng tương tác mạnh với các phân tử khác thông qua liên kết hidro hoặc tương tác dipole-dipole.

– Xác định độ phân cực: Độ âm điện giúp xác định mức độ phân cực của các phân tử và chất. Khi có độ chênh lệch độ âm điện lớn giữa các nguyên tử trong phân tử, mức độ phân cực sẽ cao, dẫn đến tạo ra các cực dương và cực âm trên phân tử. Điều này ảnh hưởng đến tính chất về sự phân bố điện tích và tương tác giữa các phân tử.

– Giải thích sự phân bố điện tích: Độ âm điện cũng giải thích sự phân bố điện tích trong các phân tử và hợp chất. Khi có sự chênh lệch độ âm điện, các electron sẽ dịch chuyển gần hơn đến nguyên tử có độ âm điện cao hơn, tạo ra sự phân bố điện tích không đều trên phân tử. Điều này cũng liên quan đến việc tạo ra các điện tích cực trên phân tử.

Tóm lại: Độ âm điện là một khái niệm quan trọng trong hóa học có nhiều ứng dụng thực tiễn. Nó giúp chúng ta hiểu về loại liên kết hóa học, tính chất phân cực, sự phân bố điện tích trong các phân tử và cảm nhận được tương tác giữa các nguyên tử trong các hợp chất hóa học khác nhau.

4. Bảng độ âm điện các nguyên tố hóa học:

– Bảng độ âm điện của các nguyên tố theo bảng Pau-ling:

Bảng độ âm điện của Pau-ling là một công cụ quan trọng trong hóa học để xác định mức độ khả năng hút electron của các nguyên tử nguyên tố khác nhau. Nguyên tử flo (fluorine) được sử dụng làm chuẩn vì nó có độ âm điện cao nhất trong bảng. Sự thay đổi độ âm điện của các nguyên tố hóa học được quan sát trong bảng này là một chỉ báo cho tính chất hóa học và tương tác giữa các nguyên tử.

– Sự thay đổi độ âm điện theo chu kì và nhóm:

+ Độ âm điện của halogen: Halogen là một nhóm các nguyên tố hóa học bao gồm flo (F), clo (Cl), brom (Br), và i ốt (I). Độ âm điện của halogen tăng dần từ flo đến i ốt. Độ âm điện của flo là cao nhất trong nhóm này, thể hiện khả năng hút electron mạnh. Độ âm điện giảm dần theo thứ tự clo -> brom -> i ốt, đồng thời cũng thể hiện khả năng tăng dần của việc hút electron từ các nguyên tử khác.

– Độ âm điện của một số kim loại: Các kim loại, như kali (K), bari (Ba), natri (Na), liti (Li), và magie (Mg), thường có độ âm điện thấp. Điều này cho thấy chúng có xu hướng mất electron dễ dàng hơn và có tính chất kim loại. Sự thay đổi trong độ âm điện của các kim loại này cũng theo một thứ tự tương tự như sự thay đổi trong thứ tự các nguyên tố trong bảng.

– Nhận xét về sự thay đổi độ âm điện:

+ Trong một chu kì ngang, độ âm điện của các nguyên tử tăng dần từ trái sang phải theo chiều tăng điện tích hạt nhân. Điều này thể hiện khả năng hút electron mạnh hơn của các nguyên tử khi chúng có số lớn hơn các proton trong hạt nhân, tạo ra sự chênh lệch electron.

+ Trong một nhóm dọc, độ âm điện của các nguyên tử giảm dần từ trên xuống dưới theo chiều giảm điện tích hạt nhân. Điều này xuất phát từ sự gia tăng bán kính nguyên tử và khả năng cung cấp electron dễ dàng hơn.

Sự biến đổi độ âm điện trong bảng Pau-ling là một phản ánh thú vị của sự thay đổi tính chất hóa học và tương tác giữa các nguyên tử khác nhau.

5. Bài tập về độ âm điện:

Bài tập 1: Độ Âm Điện và Sự Tương Tác Trong Hợp Chất

Câu Hỏi: Trong hợp chất HF (axit hydrofluoric), vì sao nguyên tử hydro (H) có xu hướng liên kết với nguyên tử flo (F) trong quá trình tạo liên kết hóa học?

Lời Giải: Để hiểu vì sao nguyên tử hydro có xu hướng liên kết với nguyên tử flo trong hợp chất HF, chúng ta có thể xem xét độ âm điện của hai nguyên tử này. Độ âm điện của nguyên tử hydro và nguyên tử flo lần lượt là khoảng 2.2 và 3.98 theo thang đo độ âm điện của Pauling.

Các nguyên tử có độ âm điện khác biệt tạo ra sự chênh lệch điện tích giữa chúng. Trong trường hợp này, độ âm điện của nguyên tử flo cao hơn, cho thấy khả năng hút electron mạnh hơn. Do đó, khi nguyên tử hydro liên kết với nguyên tử flo, nguyên tử flo sẽ có xu hướng hút electron từ nguyên tử hydro, tạo ra một liên kết cộng hóa trị mạnh. Điều này cũng giải thích tại sao HF là một axit mạnh trong hóa học, vì nó có khả năng hiến proton (H+) mạnh do độ âm điện cao của flo.

Bài Tập 2: Độ Âm Điện và So Sánh Tính Chất Hóa Học

Câu Hỏi: So sánh tính chất hóa học giữa nguyên tử liti (Li) và nguyên tử flo (F) dựa trên độ âm điện.

Lời Giải: Để so sánh tính chất hóa học giữa nguyên tử liti và nguyên tử flo, chúng ta có thể xem xét độ âm điện của hai nguyên tử này. Độ âm điện của nguyên tử liti và nguyên tử flo lần lượt là khoảng 0.98 và 3.98 theo thang đo độ âm điện của Pauling.

Độ âm điện khác biệt giữa hai nguyên tử này cho thấy rõ sự chênh lệch trong khả năng hút electron. Nguyên tử flo có độ âm điện cao hơn, cho thấy khả năng hút electron mạnh hơn. Trong khi đó, nguyên tử liti có độ âm điện thấp hơn, thể hiện khả năng mất electron dễ dàng hơn.

Dựa trên sự chênh lệch độ âm điện:

– Nguyên tử flo có xu hướng hút electron mạnh, tạo thành ion flo (F-) trong các hợp chất ion.

– Nguyên tử liti có xu hướng mất electron dễ dàng, tạo thành ion liti (Li+) trong các hợp chất ion.

Tính chất hóa học của nguyên tử liti và nguyên tử flo khá đối lập do sự chênh lệch độ âm điện, làm cho chúng tham gia vào các tương tác và phản ứng hóa học khác nhau.