Giữa hai ion đơn giản Fe²⁺ và Fe³⁺, ion nào bền hơn? Giải thích?

Bán kính ion phụ thuộc vào số lớp electron và điện tích hạt nhân hiệu dụng. Các ion dương (cation) có bán kính nhỏ hơn so với nguyên tử tương ứng do mất electron lớp ngoài cùng và tăng điện tích hạt nhân hiệu dụng. Các ion âm (anion) có bán kính lớn hơn so với nguyên tử tương ứng do nhận thêm electron và giảm điện tích hạt nhân hiệu dụng.

Trong cùng một nhóm, bán kính ion tăng dần theo chiều tăng của số lớp electron (từ trên xuống dưới).

Do đó, ta có:

- Bán kính các cation: Li+ < Na+ < K+

- Bán kính các anion: Cl- < Br- < I-

Ion âm luôn có bán kính lớn hơn ion dương nên đáp án đúng là: A. Li+ < Na+ < K+ < Cl- < Br- < I-.

Để xác định trạng thái lai hóa của nguyên tử carbon trong các phân tử, ta cần xem xét số lượng liên kết sigma (σ) và số cặp electron tự do xung quanh mỗi nguyên tử carbon.

• C2H6 (ethane): Mỗi nguyên tử carbon liên kết với 3 nguyên tử hydro và 1 nguyên tử carbon khác bằng các liên kết đơn. Vì vậy, mỗi nguyên tử carbon có 4 liên kết sigma, do đó trạng thái lai hóa là sp3.
• C2H4 (ethene): Mỗi nguyên tử carbon liên kết với 2 nguyên tử hydro và 1 nguyên tử carbon khác bằng một liên kết đôi (1 liên kết sigma và 1 liên kết pi). Vì vậy, mỗi nguyên tử carbon có 3 liên kết sigma, do đó trạng thái lai hóa là sp2.
• C2H2 (ethyne): Mỗi nguyên tử carbon liên kết với 1 nguyên tử hydro và 1 nguyên tử carbon khác bằng một liên kết ba (1 liên kết sigma và 2 liên kết pi). Vì vậy, mỗi nguyên tử carbon có 2 liên kết sigma, do đó trạng thái lai hóa là sp.
• C6H6 (benzene): Mỗi nguyên tử carbon liên kết với 1 nguyên tử hydro và 2 nguyên tử carbon khác, với các liên kết xen kẽ đơn và đôi (tương đương 1.5 liên kết). Mỗi nguyên tử carbon có 3 liên kết sigma, do đó trạng thái lai hóa là sp2.
• CCl4 (carbon tetrachloride): Nguyên tử carbon liên kết với 4 nguyên tử chlorine bằng các liên kết đơn. Vì vậy, nguyên tử carbon có 4 liên kết sigma, do đó trạng thái lai hóa là sp3.

Vậy, dãy trạng thái lai hóa của các nguyên tử carbon trong các phân tử đã cho là: sp3, sp2, sp, sp2, sp3.

A sai. Góc liên kết giảm dần khi độ âm điện của nguyên tử xung quanh giảm dần do giảm lực đẩy giữa các cặp electron liên kết.
B sai. Góc liên kết giảm dần theo thứ tự CO2 > NO2 > SO2 (do có thêm cặp electron tự do trên S).
C đúng. Góc liên kết giảm dần do số lượng cặp electron tự do tăng lên và độ âm điện của nguyên tử xung quanh tăng lên. CH4 (109.5°) > NH3 (107°) > NF3 (102°).
D sai. Góc liên kết tăng dần theo thứ tự C2H2 > C2H4 > C2H6 do số liên kết pi giảm dần.

Trong lý thuyết orbital phân tử (MO), các electron sẽ lấp đầy các orbital từ mức năng lượng thấp đến cao. Orbital phân tử liên kết có năng lượng thấp hơn và giúp ổn định phân tử, trong khi orbital phân tử phản liên kết có năng lượng cao hơn và làm giảm độ ổn định của phân tử. Khi electron được thêm vào orbital phản liên kết, nó sẽ làm giảm bậc liên kết (bond order) của phân tử, dẫn đến độ dài liên kết tăng lên và năng lượng liên kết giảm xuống.