Tích hợp hóa học

Trong lĩnh vực hóa học, tích hợp hóa học là lực giữ các nguyên tử lại với nhau trong các phân tử hoặc tinh thể. Sự hình thành của các liên kết hóa học giữa các nguyên tử để tạo thành phân tử được mô tả bởi các lý thuyết liên kết hóa học.

• Thuyết liên kết hóa trị và khái niệm về số oxy hóa được áp dụng để dự đoán cấu trúc và thành phần của phân tử.
• Thuyết vật lý cổ điển về Liên Kết Điện và khái niệm về số điện âm được sử dụng để dự đoán nhiều cấu trúc ion.

Với các hợp chất phức tạp hơn như các phức chất kim loại, thuyết liên kết hóa trị không đáp ứng được và sự giải thích tốt hơn phải dựa trên các cơ sở của cơ học lượng tử.

Các đặc tính không gian và mức độ năng lượng tương tác do các lực hóa học liên kết lại với nhau tạo thành một mạng liên kết liên tục. Vì vậy, các thuật ngữ mô tả các loại liên kết hóa học là tương đối và ranh giới giữa chúng không rõ ràng. Tuy nhiên, mọi liên kết hóa học đều thuộc một trong các dạng sau đây

• Liên kết ion hoặc liên kết điện hóa trị
• Liên kết cộng hóa trị
• Liên kết cộng hóa trị phối hợp
• Liên kết kim loại
• Liên kết hiđrô

Mọi liên kết hóa học xuất phát từ sự tương tác giữa các electron của các nguyên tử khác nhau dẫn đến việc hình thành liên kết, trong đó sự giảm năng lượng là yếu tố quan trọng. Điều này cho thấy các quá trình hình thành liên kết luôn liên quan đến năng lượng enthalpy < 0 (hệ thống giải phóng năng lượng).

Trong liên kết điện, các nguyên tử liên kết với nhau thông qua lực hấp dẫn điện giữa các điện tích khác nhau. Do đó, các nguyên tử có khả năng nhận hay cho điện tử âm dễ dàng liên kết với nhau. Liên kết điện ion được mô tả bằng lý thuyết cổ điển về lực hấp dẫn giữa các điện tích.

Trong liên kết cộng hóa trị, các dạng liên kết hóa học được phân biệt bởi sự phân bố không gian của các electron giữa các nguyên tử của chất. Electron không liên kết với một nguyên tử riêng lẻ mà phân bố đều trong cấu trúc phân tử, được mô tả bởi lý thuyết phổ quát hiện đại về các quỹ đạo phân tử. Khác với liên kết ion thuần túy, liên kết cộng hóa trị có thể có tính không đối xứng. Trạng thái trung gian có thể tồn tại, là sự kết hợp của các đặc điểm của liên kết ion phân cực và các đặc điểm của liên kết cộng hóa trị với sự phân tán electron. Liên kết cộng hóa trị chủ yếu dựa trên các khái niệm cơ học lượng tử về sự phân bố không gian của electron với năng lượng tương ứng.

Các liên kết hóa học phải tuân theo định luật bảo toàn năng lượng.

Năng lượng liên kết

Năng lượng liên kết là chỉ số quan trọng cho độ bền của liên kết. Năng lượng liên kết càng cao thì liên kết càng chắc chắn và phân tử càng khó bị phân hủy.

Dưới đây là năng lượng trung bình của một số loại liên kết hóa học.

Quan hệ giữa độ âm điện và các loại liên kết hóa học

Để đánh giá loại liên kết hóa học trong hợp chất, ta có thể dựa vào độ âm điện. Các loại liên kết hóa học được phân loại dựa trên thang độ âm điện của Linus Pauling như sau:

Hiệu độ âm điện dùng để dự đoán loại liên kết hóa học trong phân tử từ mặt lý thuyết. Dự đoán này cần được xác minh bởi nhiều phương pháp thực nghiệm khác.

• Quỹ đạo nguyên tử
• Năng lượng liên kết
• Liên kết đôi
• Bảng tuần hoàn các nguyên tố
• Tam giác Van Arkel-Ketelaar

Cuốn sách The Nature of the Chemical Bond của Linus Pauling (Bản chất tự nhiên của liên kết hóa học) có thể coi là cuốn sách có ảnh hưởng lớn nhất về hóa học trong số các cuốn sách đã xuất bản.

Liên kết bên ngoài

• Tài liệu liên quan đến Chemical bonding trên Wikimedia Commons
• Chemical bonding trên Encyclopædia Britannica (tiếng Anh)