Hóa học Lớp 10. Nhận diện liên kết ion và giải thích tính chất vật lí của tinh thể ion.
Kiến thức cần nhớ
**1. Bản chất của liên kết ion**
**Liên kết ion** là lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu. Liên kết thường hình thành rõ nét giữa kim loại điển hình và phi kim điển hình: kim loại nhường electron tạo cation, phi kim nhận electron tạo anion, sau đó các ion hút nhau.
Ví dụ mô hình tạo sodium chloride:
$Na\rightarrow Na^++e$
$Cl+e\rightarrow Cl^-$
$Na^++Cl^-\rightarrow NaCl$
Sự chuyển electron giải thích cách tạo ion; lực hút giữa các ion mới là liên kết giữ tinh thể bền vững.
**2. Nhận diện hợp chất ion**
Dấu hiệu thường gặp:
- Hợp chất giữa kim loại nhóm IA, IIA hoặc kim loại điển hình với phi kim điển hình.
- Chất chứa cation kim loại hoặc $NH_4^+$ kết hợp với anion đơn nguyên tử hay ion nhiều nguyên tử.
- Hiệu độ âm điện lớn là một gợi ý, nhưng không nên dùng một ngưỡng số học duy nhất thay cho việc xét bản chất các tiểu phân.
Ví dụ $KF$, $MgO$, $Al_2S_3$, $Na_2SO_4$ và $NH_4Cl$ đều được xem là hợp chất ion. Bên trong ion nhiều nguyên tử vẫn có thể tồn tại liên kết cộng hóa trị.
**3. Lập công thức hợp chất ion bằng trung hòa điện tích**
Nếu cation $M^{a+}$ và anion $X^{b-}$ tạo hợp chất, tổng điện tích dương phải bằng tổng điện tích âm:
$n_Ma=n_Xb$
Quy trình:
1. Viết đúng kí hiệu và điện tích hai ion.
2. Tìm bội chung nhỏ nhất của $a$ và $b$.
3. Suy số ion mỗi loại rồi viết thành chỉ số.
4. Rút về tỉ lệ nguyên tối giản và kiểm tra tổng điện tích bằng 0.
Ví dụ $Al^{3+}$ và $S^{2-}$ cần $2\times(+3)+3\times(-2)=0$, nên công thức là $Al_2S_3$. Với ion nhiều nguyên tử, phải đặt ngoặc khi chỉ số lớn hơn 1, như $Ca(NO_3)_2$.
**4. Tinh thể ion là một mạng mở rộng**
Trong trạng thái rắn, hợp chất ion thường tạo **mạng tinh thể** gồm rất nhiều cation và anion sắp xếp luân phiên. Mỗi ion bị hút bởi nhiều ion trái dấu xung quanh, không tồn tại các “phân tử NaCl riêng lẻ” có ranh giới độc lập như phân tử cộng hóa trị.
Công thức $NaCl$ là **đơn vị công thức**, cho biết tỉ lệ tối giản $Na^+:Cl^-=1:1$. Công thức $CaF_2$ cho biết tỉ lệ $Ca^{2+}:F^-=1:2$, không mô tả một phân tử riêng biệt trong mạng.
**5. Nhiệt độ nóng chảy và độ cứng**
Lực hút tĩnh điện trong toàn mạng ion khá mạnh. Muốn làm nóng chảy tinh thể phải cung cấp đủ năng lượng để các ion rời khỏi vị trí tương đối cố định, vì vậy nhiều hợp chất ion:
- Là chất rắn ở điều kiện thường.
- Có nhiệt độ nóng chảy và sôi tương đối cao.
- Khá cứng.
Độ mạnh còn phụ thuộc điện tích, kích thước ion và cấu trúc mạng; không phải mọi hợp chất ion đều có cùng nhiệt độ nóng chảy.
**6. Vì sao tinh thể ion giòn?**
Khi có lực làm các lớp ion trượt tương đối, các ion cùng dấu có thể bị đưa đến gần nhau. Lực đẩy tĩnh điện mạnh giữa các ion cùng dấu làm mạng tách vỡ theo mặt tinh thể. Vì vậy chất rắn ion thường **cứng nhưng giòn**, không dẻo như nhiều kim loại.
Không giải thích tính giòn bằng việc “liên kết ion yếu”; chính sự sắp xếp luân phiên và lực đẩy xuất hiện khi các lớp lệch nhau mới là nguyên nhân trực tiếp.
**7. Khả năng dẫn điện phụ thuộc trạng thái**
Dòng điện cần các hạt mang điện có khả năng chuyển động:
- **Tinh thể ion rắn:** ion bị giữ tại nút mạng nên thường không dẫn điện.
- **Hợp chất ion nóng chảy:** ion chuyển động tự do hơn nên dẫn điện.
- **Dung dịch nước của hợp chất ion tan:** các ion phân li và chuyển động trong dung dịch nên dẫn điện.
Không phải cứ hòa vào nước là chắc chắn dẫn điện mạnh: chất phải tan và tạo đủ ion tự do. Dung môi hoặc chất cộng hóa trị không tạo ion có thể không dẫn điện.
**8. Quy trình xử lí bài tập**
1. Xác định các tiểu phân có phải cation và anion hay không.
2. Nếu lập công thức, bảo toàn điện tích và rút gọn tỉ lệ.
3. Nếu hỏi cấu trúc, dùng khái niệm mạng ion và đơn vị công thức.
4. Nếu hỏi dẫn điện, kiểm tra ion có chuyển động được ở trạng thái đang xét không.
5. Nếu hỏi nóng chảy hoặc tính giòn, liên hệ lực hút toàn mạng và sự dịch chuyển các lớp ion.
**Lỗi cần tránh:** gọi NaCl rắn là tập hợp phân tử; cho rằng ion rắn chuyển động tự do; hoặc giải thích mọi tính chất chỉ bằng cụm từ “liên kết mạnh” mà không xét cấu trúc.
ezonthi