giải thích tại sao ở điều kiện thường các đơn chất halogen luôn có công thức phân tử là x2 nhưng nhóm via là o2 và s8; nhóm va là n2 và p4.
thao123l
Sự khác biệt lớn về cấu trúc phân tử giữa các nguyên tố chu kỳ [imath]2[/imath] ([imath]N[/imath], [imath]O[/imath], [imath]F[/imath]) và chu kỳ [imath]3[/imath] trở đi ([imath]P[/imath], [imath]S[/imath], [imath]Cl[/imath], [imath]\cdots[/imath]) chủ yếu nằm ở
kích thước nguyên tử và
khả năng tạo liên kết bội (liên kết [imath]\pi[/imath]).
Dưới đây là giải thích chi tiết cho từng nhóm:
1. Nhóm VIIA (Halogen: [imath]F_2, Cl_2, Br_2, I_2[/imath])
Tất cả các halogen (cả chu kỳ [imath]2[/imath] và chu kỳ lớn) đều có công thức là [imath]X_2[/imath] vì lý do đơn giản về hóa trị:
- Cấu hình electron: Lớp ngoài cùng là [imath]ns^2np^5[/imath]. Chúng chỉ thiếu [imath][B]1[/imath] electron[/B] để đạt cấu hình bền vững khí hiếm (bát tử).
- Cách tạo liên kết: Mỗi nguyên tử chỉ cần góp chung [imath]1[/imath] electron độc thân để tạo thành 1 liên kết đơn ([imath]\sigma[/imath]).
- Kết quả: Khi hai nguyên tử halogen liên kết với nhau ([imath]X-X[/imath]), cả hai đều đã thỏa mãn quy tắc bát tử. Vì chúng chỉ có hóa trị [imath]1[/imath], chúng không thể liên kết thêm với nguyên tử thứ [imath]3[/imath] để tạo thành mạch dài hay vòng. Do đó, cấu trúc bền vững duy nhất là phân tử hai nguyên tử ([imath]X_2[/imath]).
2. Nhóm VIA (Oxi hóa trị II: [imath]O_2[/imath] và [imath]S_8[/imath])
Ở nhóm này, mỗi nguyên tử có [imath]6e[/imath] lớp ngoài cùng ([imath]ns^2np^4[/imath]), cần thêm [imath]2e[/imath]. Sự khác biệt nằm ở khả năng tạo liên kết đôi ([imath]O=O[/imath] vs [imath]S-S[/imath]).
Tại sao Oxi là [imath]O_2[/imath]?
- Bán kính nhỏ: Nguyên tử Oxi rất nhỏ. Các obitan [imath]2p[/imath] của hai nguyên tử [imath]O[/imath] có thể tiến lại gần và xen phủ bên (xen phủ [imath]\pi[/imath]) rất hiệu quả.
- Ưu thế liên kết đôi: Năng lượng của [imath]1[/imath] liên kết đôi [imath]O=O[/imath] lớn hơn tổng năng lượng của [imath]2[/imath] liên kết đơn [imath]O-O[/imath]. Do đó, Oxi "thích" tạo [imath]1[/imath] liên kết đôi với [imath]1[/imath] nguyên tử [imath]O[/imath] khác để "xong việc" ngay lập tức.
- Kết quả: Tạo thành phân tử [imath]O=O[/imath] bền vững.
Tại sao Lưu huỳnh là [imath]S_8[/imath]?
- Bán kính lớn: Nguyên tử [imath]S[/imath] lớn hơn [imath]O[/imath] nhiều. Các obitan [imath]3p[/imath] có kích thước lớn và khuếch tán, khiến khả năng xen phủ bên để tạo liên kết [imath]\pi[/imath] ([imath]S=S[/imath]) rất kém và kém bền.
- Ưu thế liên kết đơn: Ngược lại với Oxi, năng lượng của [imath]2[/imath] liên kết đơn [imath]S-S[/imath] bền hơn nhiều so với [imath]1[/imath] liên kết đôi [imath]S=S[/imath].
- Kết quả: Thay vì tạo liên kết đôi, mỗi nguyên tử [imath]S[/imath] chọn cách tạo [imath]2[/imath] liên kết đơn với [imath]2[/imath] nguyên tử [imath]S[/imath] bên cạnh. Quá trình này kéo dài tạo thành vòng hoặc mạch. Cấu trúc bền nhất ở điều kiện thường là vòng [imath]8[/imath] cạnh xếp nếp (dạng vương miện), gọi là [imath]S_8[/imath].
3. Nhóm VA (Nitơ hóa trị III: [imath]N_2[/imath] và [imath]P_4[/imath])
Nhóm này có [imath]5e[/imath] lớp ngoài cùng ([imath]ns^2np^3[/imath]), cần thêm [imath]3e[/imath]. Câu chuyện tương tự như nhóm Oxi nhưng liên quan đến liên kết ba.
Tại sao Nitơ là [imath]N_2[/imath]?
- Liên kết ba siêu bền: Nitơ có bán kính nhỏ, cho phép tạo ra sự xen phủ [imath]p-p[/imath] cực kỳ hiệu quả để hình thành [imath]2[/imath] liên kết [imath]\pi[/imath] và [imath]1[/imath] liên kết [imath]\sigma[/imath].
- Năng lượng: Liên kết ba [imath]N \equiv N[/imath] cực kỳ bền (năng lượng liên kết rất lớn, khoảng [imath]946 \, kJ/mol[/imath]). Việc phá vỡ liên kết ba này để tạo thành [imath]3[/imath] liên kết đơn kém bền hơn là không thuận lợi về mặt năng lượng.
- Kết quả: Nitơ tồn tại dưới dạng [imath]N \equiv N[/imath] trơ về mặt hóa học ở điều kiện thường.
Tại sao Photpho là [imath]P_4[/imath] (Photpho trắng)?
- Không thể tạo liên kết ba: Do bán kính nguyên tử [imath]P[/imath] lớn, sự xen phủ các obitan [imath]3p[/imath] để tạo liên kết [imath]\pi[/imath] rất yếu. Liên kết ba [imath]P \equiv P[/imath] không bền.
- Ưu tiên liên kết đơn: [imath]P[/imath] ưu tiên tạo [imath]3[/imath] liên kết đơn ([imath]\sigma[/imath]) với [imath]3[/imath] nguyên tử [imath]P[/imath] khác.
- Cấu trúc: Để mỗi nguyên tử [imath]P[/imath] liên kết được với [imath]3[/imath] nguyên tử khác, chúng sắp xếp thành một hình tứ diện đều. Mỗi đỉnh là một nguyên tử [imath]P[/imath]. Đây là cấu trúc của phân tử [imath]P_4[/imath]. (Lưu ý: Dù [imath]P_4[/imath] chịu sức căng vòng lớn và hoạt động hóa học mạnh, nhưng nó vẫn bền hơn dạng [imath]P \equiv P[/imath]).
Tóm tắt quy luật chung (Quy tắc liên kết đôi)
Bạn có thể nhớ quy tắc đơn giản này:
"Các nguyên tố chu kỳ [imath]2[/imath] ([imath]C[/imath], [imath]N[/imath], [imath]O[/imath]) có khả năng tạo liên kết bội ([imath]\pi[/imath]) rất tốt, trong khi các nguyên tố chu kỳ [imath]3[/imath] trở đi ([imath]Si[/imath], [imath]P[/imath], [imath]S[/imath]) ưu tiên tạo nhiều liên kết đơn ([imath]\sigma[/imath]) và polyme hóa (tạo mạch/vòng)."
- Chu kỳ [imath]2[/imath]: [imath]N \equiv N[/imath], [imath]O = O[/imath] (Khí).
- Chu kỳ [imath]3[/imath]: [imath]P_4[/imath] (Rắn - mạng lưới đơn), [imath]S_8[/imath] (Rắn - vòng đơn).
[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
