Độ âm điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng của một nguyên tử hút cặp electron dùng chung về phía mình khi tạo liên kết; lấy độ âm điện lớn trừ độ âm điện nhỏ của hai nguyên tử, bạn có một con số để đoán liên kết giữa chúng là cộng hoá trị không phân cực, phân cực hay ion.
Nghe thì đơn giản, nhưng đây là phần sinh ra nhiều câu hỏi nhất khi làm bài: bảng nào đúng, mốc nào chuẩn, vì sao có chất tính ra là ion mà sách vẫn bảo cộng hoá trị. Bài này trả lời từng câu, có bảng tính mẫu sáu cặp nguyên tử, và cách nhờ AI ra bài luyện mà bạn vẫn là người bấm máy tính.
Độ âm điện đo cái gì, không đo cái gì
Hãy hình dung hai nguyên tử cùng nắm một cặp electron như hai người cùng giữ một sợi dây. Nguyên tử nào có độ âm điện lớn hơn thì kéo sợi dây về phía mình mạnh hơn. Độ âm điện vì thế là một đại lượng so sánh, nó chỉ có nghĩa khi nguyên tử nằm trong liên kết với nguyên tử khác.
Thang đo được dùng trong sách giáo khoa Việt Nam là thang Pauling, đặt theo tên nhà hoá học Linus Pauling, không có đơn vị. Flo có độ âm điện lớn nhất, khoảng 3,98. Các kim loại kiềm như natri, kali có độ âm điện thấp, dưới 1. Trong một chu kì, độ âm điện nhìn chung tăng từ trái sang phải; trong một nhóm A, nhìn chung giảm từ trên xuống. Quy luật này nằm ở chương bảng tuần hoàn, ở đây ta chỉ dùng nó.
Độ âm điện không phải là năng lượng ion hoá, cũng không phải ái lực electron, dù ba đại lượng có liên quan. Năng lượng ion hoá nói về việc tách electron khỏi nguyên tử đứng riêng; độ âm điện nói về việc giành electron trong một liên kết đã có. Khi AI hay một tài liệu nào đó dùng lẫn các khái niệm này, bạn nên hỏi lại cho rõ đang nói về đại lượng nào.
Bảng độ âm điện hay dùng ở phổ thông
Các giá trị dưới đây theo thang Pauling, làm tròn hai chữ số thập phân như bảng tuần hoàn trong sách giáo khoa hiện hành. Đề thi thường cho sẵn giá trị cần dùng; khi đề có cho, luôn dùng số của đề.
| Nguyên tố | Độ âm điện | Mẹo nhớ |
|---|---|---|
| Flo (F) | 3,98 | Lớn nhất bảng tuần hoàn |
| Oxi (O) | 3,44 | Đứng thứ hai, lý do nước phân cực mạnh |
| Clo (Cl) | 3,16 | Gần nitơ, hay bị nhầm thứ tự |
| Nitơ (N) | 3,04 | Thấp hơn clo một chút |
| Lưu huỳnh (S) | 2,58 | Gần cacbon |
| Cacbon (C) | 2,55 | Chỉ hơn hiđro 0,35 |
| Hiđro (H) | 2,20 | Mốc giữa, đáng thuộc lòng |
| Nhôm (Al) | 1,61 | Kim loại nhưng không quá thấp |
| Magie (Mg) | 1,31 | Nhóm IIA |
| Canxi (Ca) | 1,00 | Nhóm IIA, chu kì 4 |
| Natri (Na) | 0,93 | Kim loại kiềm |
| Kali (K) | 0,82 | Thấp hơn natri |
Bạn không cần thuộc cả bảng. Nắm chắc năm số của F, O, N, C, H là đủ cho phần lớn bài tập về chất hữu cơ và vô cơ thường gặp, những số còn lại tra khi cần.
Xác định loại liên kết trong bốn bước
Quy trình dưới đây dùng mốc của sách giáo khoa lớp 10 hiện hành. Viết đủ bốn bước khi làm bài tự luận để thầy cô thấy cách nghĩ của bạn.
- Xác định hai nguyên tử tham gia liên kết, không phải cả phân tử. Với H2O, bạn xét liên kết O–H.
- Tra độ âm điện của từng nguyên tử trong bảng của đề hoặc của sách.
- Lấy giá trị lớn trừ giá trị nhỏ, được hiệu độ âm điện, luôn là số không âm.
- So với mốc: hiệu từ 0 đến dưới 0,4 là liên kết cộng hoá trị không phân cực; từ 0,4 đến dưới 1,7 là liên kết cộng hoá trị phân cực; từ 1,7 trở lên là liên kết ion.
Nếu đề hỏi về một phân tử nhiều nguyên tử, bạn làm bốn bước cho từng loại liên kết trong phân tử. Ví dụ CH3Cl có hai loại liên kết là C–H và C–Cl, cần xét riêng.
Tính thử với sáu cặp nguyên tử
Bảng sau là phép tính mẫu, bạn nên che cột cuối, tự tính rồi mới đối chiếu.
| Liên kết | Phép tính | Hiệu | Loại liên kết theo mốc sách |
|---|---|---|---|
| H–H | 2,20 − 2,20 | 0 | Cộng hoá trị không phân cực |
| C–H | 2,55 − 2,20 | 0,35 | Cộng hoá trị không phân cực |
| H–Cl | 3,16 − 2,20 | 0,96 | Cộng hoá trị phân cực |
| O–H | 3,44 − 2,20 | 1,24 | Cộng hoá trị phân cực |
| Mg–O | 3,44 − 1,31 | 2,13 | Ion |
| Na–Cl | 3,16 − 0,93 | 2,23 | Ion |
Nhìn cột hiệu, bạn thấy một thang trượt từ 0 đến hơn 2. Liên kết O–H phân cực mạnh hơn H–Cl, điều này giải thích một phần vì sao nước có nhiều tính chất đặc biệt mà bạn sẽ gặp ở bài liên kết hydrogen.
Thử thêm ba cặp để tự luyện trước khi hỏi AI: N–H, K–F và C–O. Với N–H, bạn lấy 3,04 trừ 2,20 được 0,84, thuộc khoảng phân cực. Với K–F, lấy 3,98 trừ 0,82 được 3,16, là một trong những hiệu lớn nhất bạn gặp ở phổ thông, liên kết ion rõ rệt. Với C–O, lấy 3,44 trừ 2,55 được 0,89, phân cực. Nếu cả ba kết quả của bạn khớp, bạn đã nắm được thao tác; phần còn lại của chương là hiểu ý nghĩa của các con số đó.
Một lỗi trình bày hay gặp là viết hiệu âm, ví dụ 2,20 − 3,16 = −0,96. Hiệu độ âm điện luôn lấy số lớn trừ số nhỏ, hoặc lấy giá trị tuyệt đối. Thầy cô có thể không trừ điểm, nhưng thói quen viết đúng giúp bạn tránh nhầm khi so mốc.
Mốc 0,4 và 1,7 là quy ước, không phải bức tường
Hiđro florua là ngoại lệ nổi tiếng. Hiệu độ âm điện của H–F là 3,98 − 2,20 = 1,78, vượt mốc 1,7. Thế nhưng hiđro florua tồn tại thành phân tử HF, ở điều kiện thường là chất khí hoặc chất lỏng dễ bay hơi, không phải tinh thể ion. Sách và thầy cô đều xếp đây là liên kết cộng hoá trị phân cực rất mạnh.
Nhôm clorua cho thấy kim loại không bảo đảm liên kết ion. Hiệu của Al–Cl là 3,16 − 1,61 = 1,55, dưới mốc 1,7, nên theo quy tắc là cộng hoá trị phân cực. Điều này khớp với thực tế nhôm clorua có nhiều tính chất của hợp chất cộng hoá trị, dù có kim loại.
Mốc khác nhau giữa các tài liệu. Một số sách nước ngoài dùng 0,5 thay cho 0,4, hoặc lấy khoảng 1,8 đến 2,0 làm ranh giới ion. Không bên nào sai, đó là cách chia một dải liên tục thành ô cho dễ học. Làm bài trên lớp thì theo mốc của sách bạn học.
Đừng quên ion nhiều nguyên tử. Quy tắc hiệu độ âm điện áp cho liên kết giữa hai nguyên tử. Với NH4Cl, liên kết giữa ion NH4+ và Cl− là ion dù không tính được một hiệu độ âm điện đơn giản; bên trong NH4+ là liên kết cộng hoá trị phân cực N–H.
Câu lệnh mẫu: để AI ra đề, bạn tự tính
Phần độ âm điện rất hợp để luyện với AI vì bài tập ngắn, kiểm được ngay. Mấu chốt là bạn làm phép trừ, AI chỉ ra đề và soát.
- "Ra cho em 10 liên kết giữa hai nguyên tố quen thuộc ở lớp 10, kèm độ âm điện theo thang Pauling như sách giáo khoa Việt Nam. Chưa ghi đáp án. Em sẽ tính hiệu và xếp loại theo mốc 0,4 và 1,7."
- "Đây là bài làm của em: …. Chấm từng câu đúng hay sai, câu sai thì chỉ ra em sai ở phép trừ hay ở so mốc, không giải lại cả câu."
- "Tìm cho em 3 trường hợp mà quy tắc hiệu độ âm điện cho kết quả không khớp thực tế ở mức phổ thông, giải thích ngắn gọn từng trường hợp."
- "Giải thích khác nhau giữa độ âm điện và năng lượng ion hoá bằng một ví dụ, sau đó hỏi em hai câu trắc nghiệm để kiểm tra."
Với câu lệnh thứ ba, kết quả AI đưa ra cần được đối chiếu với sách hoặc hỏi thầy cô trước khi ghi vào vở, vì đây là chỗ mô hình dễ bịa ví dụ nghe hợp lý nhưng sai.
Khi số của AI lệch với số trong sách
Bạn sẽ gặp cảnh AI nói độ âm điện của oxi là 3,5, còn sách ghi 3,44. Lý do thường là AI lấy từ bảng làm tròn một chữ số mà nhiều tài liệu tiếng Anh cũ dùng: H là 2,1, C là 2,5, N là 3,0, O là 3,5, Cl là 3,0, F là 4,0. Ngoài thang Pauling còn có các thang khác như Mulliken hay Allred–Rochow cho con số khác nữa.
Phần lớn trường hợp, khác biệt này không làm đổi kết luận. Nhưng ở chỗ sát mốc thì có thể: với bảng làm tròn, hiệu C–H là 0,4, đúng ngay mốc, trong khi bảng sách cho 0,35, rõ ràng là không phân cực. Vì thế quy tắc an toàn là nói rõ trong câu lệnh "dùng giá trị độ âm điện theo bảng tuần hoàn trong sách giáo khoa Hoá học 10 hiện hành", rồi tự đối chiếu vài số với bảng trong sách.
Thêm một điểm về thói quen: khi chép bảng độ âm điện hay một đề luyện từ AI vào vở, ghi chú nhỏ nguồn gốc là "AI soạn, đã kiểm với sách trang …". Thói quen này giúp bạn khi ôn thi biết dòng nào đáng tin hoàn toàn, dòng nào cần soát lại. Nếu bạn chụp trang vở để hỏi tiếp, nhớ che phần nhãn vở có tên và lớp.
Cuối cùng, đừng biến độ âm điện thành máy phân loại vô hồn. Con số chỉ có giá trị khi bạn dùng nó để giải thích được điều gì đó: vì sao nước hoà tan muối, vì sao HCl tan trong nước tạo axit, vì sao metan không tan trong nước. Mỗi lần tính xong một hiệu, tự hỏi thêm một câu "vậy thì sao", và nếu chưa trả lời được, đó là câu hỏi đáng mang đi hỏi AI hoặc thầy cô.
Câu hỏi thường gặp
Độ âm điện có đơn vị không?
Không. Thang Pauling là thang so sánh tương đối, các giá trị được xác định sao cho hiệu giữa chúng phản ánh đúng độ phân cực của liên kết. Vì vậy bạn chỉ ghi con số, không kèm đơn vị nào.
Vì sao HF có hiệu độ âm điện trên 1,7 mà vẫn là liên kết cộng hoá trị?
Mốc 1,7 là quy ước để phân loại gần đúng. Hiđro florua tồn tại thành phân tử riêng, ở điều kiện thường là khí hoặc lỏng dễ bay hơi, không tạo tinh thể ion. Vì vậy sách xếp nó vào liên kết cộng hoá trị phân cực mạnh.
Nên dùng bảng độ âm điện nào khi làm bài?
Dùng giá trị đề bài cho. Nếu đề không cho, dùng bảng tuần hoàn trong sách giáo khoa bạn đang học, thường là thang Pauling làm tròn hai chữ số. Tránh lấy số từ trang mạng hay AI mà không kiểm, vì có nhiều bảng làm tròn khác nhau.
Hiệu độ âm điện bằng đúng 0,4 thì xếp loại nào?
Theo mốc của sách giáo khoa hiện hành, khoảng không phân cực là từ 0 đến dưới 0,4, nên hiệu bằng 0,4 thuộc loại phân cực. Tuy vậy trường hợp sát mốc thường không được ra trong đề vì dễ gây tranh cãi.
Có cần học thuộc toàn bộ bảng độ âm điện không?
Không cần. Nắm chắc giá trị của F, O, N, C, H và nhớ quy luật biến đổi trong chu kì, trong nhóm là đủ cho phần lớn bài tập. Các nguyên tố khác đề thường cho sẵn hoặc bạn tra bảng khi cần.
AI tính hiệu độ âm điện có đáng tin không?
Phép trừ thì thường đúng, nhưng AI hay lấy số từ bảng khác bảng sách và đôi khi dùng mốc phân loại khác. Hãy yêu cầu AI ghi rõ từng giá trị đã dùng, rồi so với sách của bạn trước khi tin kết luận.