Bài 12: Liên kết Hydrogen và tương tác Van Der Waals

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.

Nguyên tử H của H của của phân tử H2O không tạo được liên kết hydrogen với nguyên tử C của phân tử CH4. Vì nguyên tử C của phân tử CH4 không còn cặp electron riêng:

- CT electron và CT Lewis của NH3:

⟹ NH3 còn 1 cặp electron riêng của N.

- Vì N còn 1 của phân tử NH3 còn 1 cặp electron riêng và có độ âm điện lớn hơn nguyên tử H của phân tử H2O.

⟹ Một phân tử H2O có khả năng tạo thành liên kết hydrogen với một phân tử NH3, liên kết tạo bởi H và N.

- Tính acid của một chất càng mạnh nếu phân tử đó càng dễ phân li thành ion H+.

⟹ HF khó phân li thành ion H+ hơn so với HCl.

- Các phân tử hydrogen halide thì chỉ HF có liên kết hydrogen, các liên kết này sẽ làm cho nguyên tử H bị giữ chặt hơn ⟹ Khó tách ion H+ hơn so với HCl.

Vì vậy tính acid của HF yếu hơn rất nhiều so với HCl.

H2O có khối lượng phân tử thấp hơn so với C2H5OH nhưng các phân tử nước liên kết khá chặt chẽ với nhau bởi các liên kết hydrogen.

⟹ Nhiệt độ sôi của nước cao hơn C2H5OH.

⟹ Khi chưng cất rượu, C2H5OH có điểm sôi thấp hơn nước sẽ bay hơi trước.

- Bàn chân của tắc kè có rất nhiều sợi lông cực nhỏ, được gọi là sợi stetae có kích thước cỡ micromet. Ở đầu mỗi sợi lông lại phân nhánh thành rất nhiều sợi lông nhỏ dơn được gọi là spatulae với kích cỡ nanomet.

- Các sợi spatulae cho phép tắc kè bám được trên trường hay mặt phẳng nhờ tương tác tĩnh điện “hai điện tích trái dấu hút nhau”. Mỗi phân tử trong cơ thể sống hoặc một vật nào đó thường cân bằng về điện tích. Nhưng một mặt có xu hướng mang điện tích dương và mặt còn lại mang điện tích âm. Khi tắc kè leo tường, các sợi spatulae siêu nhỏ có thể quay mặt mang điện tích âm của chúng về phía mặt mang điện tích dương của phân tử trên bề mặt tường (và ngược lại), tạo ra lực hút giữa các phân tử được gọi là lực liên kết Van der Waals.

Sưu tầm hình ảnh tinh thể nước đá, bông tuyết:

- Liên kết hydrogen: có trong DNA để tạo thành các chuỗi kép, hình thành cấu trúc chuỗi cấp trong các protein…

Liên kết hydrogen trong nước giúp duy trì sự ổn định chất lỏng trong một phạm vi diện rộng, làm cho băng đá nhẹ hơn nước lỏng bởi vậy băng nổi trên mặt nước, nước có thể bay hơi làm cho hệ sinh thái trên Trái Đất tuần hoàn tự nhiên.

- Lực tương tác van der Waals: sự bám hút của hạt bụi trên bề mặt; tắc kè, thạch sùng có thể bám chắc trên các bề mặt trơn nhẵn; khả năng kết dính của băng dính; sự hấp phụ chất độc và phân tử màu trong nước bởi than hoạt tính…

Liên kết hydrogen xuất hiện giữa những phân tử cùng loại NH3:

Đáp án: B

- Mặc dù HBr có khối lượng phân tử lớn hơn so với HF, nhưng nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ của HBr thấp hơn so với HF.

Do trong phân tử HF có các liên kết hydrogen, còn HBr không có liên kết hydrogen. Để phá vỡ được các liên kết hydrogen liên phân tử trong HF cần phải cung cấp năng lượng để phá vỡ liên kết và động năng để phân tử chuyển động nhiều hơn so với phân tử HBr. Khi đó nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của HF đều lớn hơn HBr.

- Điền công thức thích hợp vào ô có dấu ?

Những phát biểu đúng là:

a) Liên kết hydrogen yếu hơn liên kết ion và liên kết cộng hóa trị.

c) Tương tác van der Waals yếu hơn liên kết hydrogen.

Các liên kết biểu diễn bằng các đường nét đứt có vai trò quan trọng trong việc làm bền chuỗi xoắn đôi DNA. Đó là liên kết hydrogen.

Đáp án: D

Nhờ có liên kết hydrogen giữa các nguyên tử H liên kết với N trong phân tử NH3, các NH3 hình thành được các cụm phân tử (NH3)n với n = 3 – 6.