Lý thuyết Giải thích sự tạo thành liên kết ion

1. Sự tạo thành ion

Kim loại điển hình phản ứng rất mạnh với phi kim điển hình tạo ra hợp chất ion. Khi đó:

+ Nguyên tử kim loại nhường electron để tạo thành ion mang điện tích dương (cation). Số đơn vị điện tích của ion dương (cation) bằng số electron mà nguyên tử đã nhường.

Ví dụ: Nguyên tử sodium (Z = 11) có cấu hình electron là 1s²2s²2p⁶3s¹ (có 1 electron ở lớp ngoài cùng).

® Nguyên tử Na nhường 1 electron để tạo thành ion Na⁺:

Na ® Na⁺ + 1e.

® Cấu hình electron của ion Na⁺: 1s²2s²2p⁶.

+ Nguyên tử phi kim nhận electron để trở thành ion mang điện tích âm (anion). Số đơn vị điện tích của ion âm (anion) bằng số electron mà nguyên tử đã nhận.

Ví dụ: Nguyên tử chlorine (Z = 17) có cấu hình electron là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵ (có 7 electron ở lớp ngoài cùng).

® Nguyên tử Cl nhận 1 electron để tạo thành ion Cl^-:

Cl + 1e ® Cl^-.

® Cấu hình electron của ion Cl^-: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶.

Chú ý: Các ion thường có cấu hình electron bền vững của nguyên tử khí hiếm gần nhất với nguyên tố tạo thành ion đó trong bảng tuần hoàn.

2. Sự tạo thành liên kết ion

a) Khái niệm

Liên kết ion được hình thành bởi lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu.

Ví dụ: Liên kết ion trong hợp chất NaCl tạo bởi lực hút tĩnh điện giữa ion dương Na⁺ và ion âm Cl^-.

Na⁺ + Cl^- ® NaCl

Liên kết ion cũng có thể được hình thành từ ion đa nguyên tử, ví dụ như quá trình:

K⁺ + NO₃- ® KNO₃

NH₄⁺ + NO₃- ® NH₄NO₃

Mg²⁺ + CO₃^2- ® MgCO₃

Các hợp chất được tạo nên từ cation và anion gọi là hợp chất ion.

b) Sự tạo thành liên kết ion

Quá trình hình thành liên kết ion diễn ra như sau:

Giai đoạn 1: Hình thành các ion trái dấu từ các quá trình kim loại nhường electron và phi kim nhận electron theo quy tắc octet.

Na ® Na⁺ + 1e

Cl + 1e ® Cl^-

Giai đoạn 2: Các ion trái dấu hút nhau bằng lực hút tĩnh điện tạo nên hợp chất ion. Các ion trái dấu kết hợp với nhau theo tỉ lệ sao cho tổng điện tích của các ion trong hợp chất phải bằng 0.

Na⁺ + Cl^- ® NaCl

Nhận xét: Liên kết ion được hình thành giữa kim loại điển hình và phi kim điển hình.

Ví dụ 1: Viết cấu hình electron của các ion: K⁺, Mg²⁺, F^-, S^2-. Mỗi cấu hình đó giống với cấu hình electron của nguyên tử khí hiếm nào?

Hướng dẫn giải

+ Cấu hình electron của nguyên tử K (Z = 19): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹ (có 1 electron ở lớp ngoài cùng).

® Nguyên tử K nhường 1 electron để tạo thành ion K⁺:

K ® K⁺ + 1e.

Cấu hình electron của ion K⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ (giống cấu hình electron của khí hiếm Ar).

+ Cấu hình electron của nguyên tử Mg (Z = 12): 1s²2s²2p⁶3s² (có 2 electron ở lớp ngoài cùng).

® Nguyên tử Mg nhường 2 electron để tạo thành ion Mg²⁺:

Mg ® Mg²⁺ + 2e.

Cấu hình electron của ion Mg²⁺: 1s²2s²2p⁶ (giống cấu hình electron của khí hiếm Ne).

+ Cấu hình electron của nguyên tử F (Z = 9): 1s²2s²2p⁵ (có 7 electron ở lớp ngoài cùng).

® Nguyên tử F nhận 1 electron để tạo thành ion F^-:

F + 1e ® F^-.

Cấu hình electron của ion F^-: 1s²2s²2p⁶ (giống cấu hình electron của khí hiếm Ne).

+ Cấu hình electron của nguyên tử S (Z = 16): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴ (có 6 electron ở lớp ngoài cùng).

® Nguyên tử S nhận 2 electron để tạo thành ion S^2-:

S + 2e ® S^2-.

Cấu hình electron của ion S^2-: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ (giống cấu hình electron của khí hiếm Ar).

Ví dụ 2: Mô tả sự tạo thành liên kết ion trong calcium chloride (CaCl₂).

Hướng dẫn giải

Giai đoạn 1: Hình thành các ion trái dấu.

+ Cấu hình electron của nguyên tử Ca (Z = 20): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s² (có 2 electron ở lớp ngoài cùng).

® Nguyên tử Ca nhường 2 electron để tạo thành ion Ca²⁺:

Ca ® Ca²⁺ + 2e.

+ Cấu hình electron của nguyên tử Cl (Z = 17): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵ (có 7 electron ở lớp ngoài cùng).

® Nguyên tử Cl nhận 1 electron để tạo thành ion Cl^-:

Cl + 1e ® Cl^-.

Giai đoạn 2: Các ion mang điện tích trái dấu sẽ hút nhau tạo thành liên kết ion.

Cl^- + Ca²⁺ + Cl^- ® CaCl₂

Ví dụ 3: Mô tả sự tạo thành liên kết ion trong magnesium oxide (MgO).

Hướng dẫn giải

Giai đoạn 1: Hình thành các ion trái dấu.

+ Nguyên tử Mg (Z = 12): 1s²2s²2p⁶3s² (có 2 electron ở lớp ngoài cùng).

® Nguyên tử Mg nhường 2 electron để tạo thành ion Mg²⁺:

Mg ® Mg²⁺ + 2e.

+ Nguyên tử O (Z = 8): 1s²2s²2p⁴ (có 6 electron ở lớp ngoài cùng).

® Nguyên tử O nhận 2 electron để tạo thành ion O^2-:

O + 2e ® O^2-.

Giai đoạn 2: Các ion mang điện tích trái dấu sẽ hút nhau tạo thành liên kết ion.

Mg²⁺ + O^2- ® MgO