Liên kết hóa học chủ yếu và phổ biến trong hợp chất hữu cơ là

Trong hóa học, liên kết hóa học là lực, giữ cho các nguyên tử cùng nhau trong các phân tử hay các tinh thể. Sự hình thành các liên kết hóa học giữa các nguyên tố để tạo nên phân tử được hệ thống hóa thành các lý thuyết liên kết hóa học.

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

Với các hợp chất phức tạp hơn, chẳng hạn các phức chất kim loại, thuyết liên kết hóa trị không thể giải thích được và sự giải thích hoàn hảo hơn phải dựa trên các cơ sở của cơ học lượng tử.

Các đặc trưng không gian và khoảng năng lượng tương tác bởi các lực hóa học nối với nhau thành một sự liên tục, vì thế các thuật ngữ cho các dạng liên kết hóa học khác nhau là rất tương đối và ranh giới giữa chúng là không rõ ràng. Tuy vậy, Mọi liên kết hóa học đều nằm trong những dạng liên kết hóa học sau

• Liên kết ion hay 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 phát sinh ra từ tương tác giữa các điện tử của các nguyên tử khác nhau đưa đến quá trình hình thành liên kết chính là sự giảm mức năng lượng. Điều này cho thấy, các quá trình hình thành liên kết luôn có năng lượng đính kèm entanpi < 0 [hệ toả năng lượng].

Trong liên kết điện tích, nguyên tố các điện tích liên kết với nhau qua lực hấp dẫn điện giữa hai điện tích. Vậy, các nguyên tố dễ cho hay nhận điện tử âm để trở thành điện tích dương hay âm sẻ dễ dàng liên kết với nhau. Liên kết điện tích ion được mô tả bởi vật lý cổ điển bằng lực hấp dẫn giữa các điện tích

Trong liên kết cộng hóa trị, Các dạng liên kết hóa học được phân biệt bởi khoảng không gian mà các điện tử tập trung hay phân tán giữa các nguyên tử của chất đó. Các điện tử nằm trong liên kết không gắn với các nguyên tử riêng biệt, mà chúng được phân bổ trong cấu trúc ngang qua phân tử, được mô tả bởi học thuyết phổ biến đương thời là các quỹ đạo phân tử. Không giống như liên kết ion thuần túy, các liên kết cộng hóa trị có thể có các thuộc tính không đẳng hướng. Trạng thái trung gian có thể tồn tại, trong các liên kết đó là hỗn hợp của các đặc trưng cho liên kết ion phân cực và các đặc trưng của liên kết cộng hóa trị với điện tử phân tán. Liên kết cộng hóa trị thì phải dựa chủ yếu vào các khái niệm của cơ học lượng tử về khoảng không gian mà các điện tử tập trung hay phân tán với một năng lượng nhiệt tương ứng

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

Để đánh giá loại liên kết hóa học trong hợp chất,người ta có thể dựa vào hiệu độ âm điện. Các loại liên kết hóa học được phân loại tương đối theo quy ước kinh nghiệm dựa vào thang độ âm điện của Linus Pauling như sau:

Hiệu độ âm điện chỉ cho dự đoán loại liên kết hóa học trong phân tử về mặt lý thuyết. Dự đoán này còn phải được xác minh độ đúng đắn 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 của Linus Pauling The Nature of the Chemical Bond [Bản chất tự nhiên của liên kết hóa học] có thể coi là cuốn sách có ảnh hưởng đáng kể nhất về hóa học trong số các sách đã được xuất bản.

•   Phương tiện liên quan tới Chemical bonding tại Wikimedia Commons
• Chemical bonding tại Encyclopædia Britannica [tiếng Anh]

Các hợp chất hữu cơ [hay organic compound], là một lớp lớn của các hợp chất hóa học mà các phân tử của chúng có chứa carbon. Các hợp chất hữu cơ có thể có nguồn gốc từ tự nhiên hoặc do các phản ứng nhân tạo.

Sự phân chia giữa hợp chất hữu cơ và hợp chất vô cơ mang tính tùy ý có nguyên nhân lịch sử; tuy nhiên, nói chung thì các hợp chất hữu cơ được định nghĩa như là các hợp chất có liên kết carbon-hiđrô, và các hợp chất vô cơ là những hợp chất còn lại. Vì thế axít cacbonic được coi là hợp chất vô cơ, trong khi axít formic là hợp chất hữu cơ, mặc dù đôi khi người ta vẫn gọi nó là "axít cacbonous" và anhydride của nó, carbon mônôxít, là một chất vô cơ.

Tên gọi "hữu cơ" là một tên gọi lịch sử, có lẽ có từ thế kỷ 19, khi người ta tin rằng các hợp chất hữu cơ chỉ có thể tổng hợp trong cơ thể sinh vật thông qua cái gọi là vis vitalis -"lực sống". Thuyết cho rằng các hợp chất hữu cơ về cơ bản là khác biệt với các "hợp chất vô cơ", nghĩa là không được tổng hợp thông qua "lực sống", đã bị bác bỏ do sự tổng hợp urê [NH2]2C=O, một hợp chất hữu cơ, từ xyanat kali và sulfat nhôm bởi Friedrich Wöhler.

Phần lớn các hợp chất hữu cơ tinh khiết được sản xuất nhân tạo; tuy nhiên, thuật ngữ "hữu cơ" cũng được sử dụng để miêu tả các sản phẩm được sản xuất mà không có các hóa chất nhân tạo [xem sản xuất hữu cơ].

Cần phân biệt hợp chất hữu cơ với vật chất hữu cơ [tên tiếng Anh organic matter [cách đọc tiếng Việt o-gơ-nic mát-tơ]].

Dựa vào thành phần các nguyên tố, hợp chất hữu cơ được phân thành 2 loại

• Hydrocarbon là những hợp chất mà phân tử chỉ gồm 2 nguyên tố C và H
• Dẫn xuất của hydrocarbon là những hợp chất mà phân tử có các nguyên tố khác ngoài C và H.

Dựa theo mạch carbon của phân tử, hợp chất hữu cơ được phân thành: hợp chất có mạch vòng và hợp chất không có mạch vòng.

Dựa vào các nhóm chức có trong phân tử, các hợp chất là dẫn xuất của hydrocarbon được phân thành 3 loại:

• Hợp chất hữu cơ đơn chức là hợp chất chỉ có 1 nhóm chức.
• Hợp chất hữu cơ đa chức là hợp chất có nhiều nhóm chức nhưng cùng 1 loại nhóm chức.
• Hợp chất hữu cơ tạp chức là hợp chất có nhiều loại nhóm chức khác nhau

Công thức phân tử biểu thị số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phân tử

Công thức phân tử hợp chất hữu cơ có thể được thiết lập dựa trên tỷ lệ phần trăm khối lượng của các nguyên tố hoặc theo khối lượng sản phẩm của phản ứng cháy hoặc thông qua công thức đơn giản nhất [là công thức biểu thị tỷ lệ tối giản về số nguyên tử của các nguyên tố].

Thuyết cấu tạo hóa học được đưa ra bởi Bút-lê-rốp [người Nga] vào năm 1861.

1. Trong phân tử hợp chất hữu cơ, các nguyên tử liên kết với nhau theo đúng hóa trị và theo trật tự nhất định. Thứ tự liên kết đó gọi là cấu tạo hóa học. Sự thay đổi thứ tự liên kết đó, tức là thay đổi cấu tạo hóa học, sẽ tạo ra hợp chất khác.
2. Trong phân tử hợp chất hữu cơ, carbon có hóa trị IV. Nguyên tử carbon không những có thể liên kết với nguyên tử của các nguyên tố khác mà còn có thể liên kết với nhau tạo thành mạch carbon
3. Tính chất của các chất phụ thuộc vào thành phần phân tử và cấu tạo hóa học

Công thức cấu tạo

Công thức cấu tạo biểu diễn thứ tự và cách thức liên kết của các nguyên tử trong phân tử.

Công thức cấu tạo có thể được viết theo 3 cách: cách viết khai triển [viết tất cả các nguyên tử và các liên kết giữa chúng], cách viết thu gọn [viết gộp nguyên tử C và các nguyên tử khác liên kết với nó thành từng nhóm] và cách viết thu gọn nhất [chỉ viết các liên kết và nhóm chức, đầu mút của các liên kết chính là các nhóm CHx với x đảm bảo hóa trị IV của nguyên tử C].

Đồng đẳng

Những hợp chất có thành phần phân tử hơn kém nhau 1 hay nhiều nhóm CH2 nhưng có tính chất hóa học tương tự nhau được gọi là đồng đẳng.

Dãy đồng đẳng là dãy gồm các chất đồng đẳng.

Sở dĩ các chất trong cùng dãy đồng đẳng có tính chất hóa học tương tự nhau là do chúng có cấu tạo hóa học tương tự nhau.

Đồng phân

Những hợp chất có cùng công thức phân tử được gọi là đồng phân.

Đồng phân cấu tạo

Đồng phân cấu tạo là những hợp chất có cùng công thức phân tử nhưng cấu tạo hóa học khác nhau.

Phân loại

• Đồng phân nhóm chức là những đồng phân khác nhau về bản chất nhóm chức
• Đồng phân mạch carbon là những đồng phân khác nhau về sự phân nhánh của mạch carbon
• Đồng phân vị trí nhóm chức là những đồng phân khác nhau về vị trí của các nhóm chức
• Đồng phân vị trí liên kết bội là những đồng phân khác nhau về vị trí của các liên kết đôi hoặc liên kết ba

Đồng phân lập thể

Đồng phân lập thể là những đồng phân có cùng công thức cấu tạo nhưng khác nhau về cấu trúc không gian của phân tử

Liên kết hóa học

Trong phân tử hợp chất hữu cơ, các nguyên tử liên kết với nhau theo liên kết cộng hóa trị

Liên kết đơn là liên kết do 1 cặp eletron dùng chung tạo nên. Liên kết đơn luôn là liên kết σ

Liên kết đôi là liên kết do 2 cặp electron dùng chung tạo nên. Liên kết đôi gồm 1 liên kết σ và 1 liên kết π

Liên kết ba là liên kết do 3 cặp electron dùng chung tạo nên. Liên kết ba gồm 1 liên kết σ và 2 liên kết π

• Hóa hữu cơ

1. Nhà xuất bản giáo dục - Bộ giáo dục và đào tạo - Sách giáo khoa Hóa học 11
2. Nhà xuất bản giáo dục - Bộ giáo dục và đào tạo - Sách giáo khoa Hóa học 11 - nâng cao