Liên kết hydrogen: điều kiện hình thành, ảnh hưởng đến nhiệt độ sôi của nước, HF, NH3 và bài tập có đáp án
Liên kết hydrogen hình thành giữa nguyên tử H đã liên kết với F, O, N và nguyên tử F, O, N còn cặp electron chưa liên kết của phân tử khác. Ảnh hưởng đến nhiệt độ sôi của nước, độ tan, cấu trúc nước đá, ví dụ và bài tập có đáp án Hóa 10.
Liên kết hydrogen là gì?
Liên kết hydrogen là tương tác hút tĩnh điện giữa nguyên tử hydrogen mang điện tích dương một phần (đã liên kết với F, O hoặc N) và nguyên tử F, O, N mang điện tích âm một phần của phân tử khác. Liên kết này mạnh hơn tương tác van der Waals nhưng yếu hơn liên kết cộng hóa trị.
Điều kiện hình thành liên kết hydrogen
- Phân tử có nguyên tử H liên kết trực tiếp với nguyên tử có độ âm điện lớn và bán kính nhỏ: F, O, N.
- Phân tử kia có nguyên tử F, O hoặc N còn cặp electron chưa liên kết.
Kí hiệu bằng nét đứt: O–H···O, N–H···N, F–H···F. Năng lượng khoảng $10$ đến $40$ kJ/mol.
Ví dụ 1
Chất nào tạo liên kết hydrogen giữa các phân tử: $\ce{H2O}$, $\ce{NH3}$, $\ce{CH4}$, $\ce{HF}$, $\ce{CH3OH}$, $\ce{CH3OCH3}$?
$\ce{H2O}$, $\ce{NH3}$, $\ce{HF}$, $\ce{CH3OH}$ tạo được. $\ce{CH4}$ (không có H nối với F, O, N) và $\ce{CH3OCH3}$ (không có H gắn với O) thì không.
Ảnh hưởng đến tính chất vật lí
| Cặp chất | Nhiệt độ sôi ($^\circ\text{C}$) | Nhận xét |
|---|---|---|
| $\ce{H2O}$ / $\ce{H2S}$ | $100$ / $-60$ | Nước cao bất thường nhờ liên kết hydrogen |
| $\ce{HF}$ / $\ce{HCl}$ | $19{,}5$ / $-85$ | HF cao hơn nhiều |
| $\ce{NH3}$ / $\ce{PH3}$ | $-33$ / $-88$ | $\ce{NH3}$ cao hơn |
Ví dụ 2
Vì sao ethanol tan vô hạn trong nước?
Nhóm –OH của ethanol tạo liên kết hydrogen với phân tử nước.
Ví dụ 3
Vì sao nước đá nổi trên nước lỏng?
Trong nước đá, mỗi phân tử nước liên kết hydrogen với $4$ phân tử khác tạo cấu trúc rỗng nên khối lượng riêng nhỏ hơn nước lỏng.
Xem bài: Tương tác van der Waals
Vai trò của liên kết hydrogen
Liên kết hydrogen giữ cấu trúc xoắn kép của DNA, cấu trúc protein, làm nước là dung môi tốt và giữ nước ở thể lỏng trong khoảng nhiệt độ rộng, rất quan trọng với sự sống.
Những lỗi thường gặp
Bài tập thực hành
- Nêu điều kiện hình thành liên kết hydrogen.
- Vì sao nhiệt độ sôi của $\ce{H2O}$ cao hơn $\ce{H2S}$?
- $\ce{CH3OH}$ có tạo liên kết hydrogen với nước không?
- $\ce{HCl}$ có tạo liên kết hydrogen giữa các phân tử không?
- Nêu hai vai trò của liên kết hydrogen trong đời sống.
Đáp án
- H liên kết với F, O, N và tương tác với F, O, N còn cặp electron riêng của phân tử khác.
- Giữa các phân tử nước có liên kết hydrogen, còn $\ce{H2S}$ thì không.
- Có, nhờ nhóm –OH.
- Không, vì Cl không thuộc nhóm F, O, N.
- Giữ cấu trúc DNA, protein; làm nước là dung môi tốt.
Tổng kết
Bài học liên quan
Bài trước: Tương tác van der Waals
Xem tất cả bài học chủ điểm Liên kết hóa học
Câu hỏi thường gặp
Liên kết hydrogen là gì?
Là tương tác hút giữa H mang $\delta^+$ (gắn với F, O, N) và nguyên tử F, O, N của phân tử khác.
Liên kết hydrogen mạnh hay yếu?
Mạnh hơn van der Waals, yếu hơn liên kết cộng hóa trị.
Vì sao nước có nhiệt độ sôi cao?
Do giữa các phân tử nước có nhiều liên kết hydrogen.
Liên kết hydrogen có ở đâu trong cơ thể?
Ở DNA, protein và trong nước của tế bào.