Cách viết công thức Lewis (chi tiết nhất)

Bài viết hướng dẫn cách viết Cách viết công thức Lewis chi tiết nhất theo chương trình Hóa học sách mới Kết nối tri thức, Cánh diều, Chân trời sáng tạo giúp học sinh dễ dàng nắm vững cách viết Cách viết công thức Lewis của các chất thường gặp.

Công thức Lewis (tất cả các chất)

Bài viết gồm 3 phần trình bày theo trình tự kiến thức giúp bạn có cái nhìn tổng quan về cách viết công thức electron, công thức Lewis và công thức cấu tạo trong chương trình Hóa mới.

Cách viết công thức Lewis (chi tiết nhất)

I. Cách viết công thức electron

a) Một số khái niệm

- Electron hóa trị là những electron ở các orbital của lớp ngoài cùng và phân lớp sát ngoài cùng chưa bão hòa, có thể tham gia vào việc hình thành liên kết hóa học.

Chú ý: Với các nguyên tố nhóm A, số electron hóa trị của nguyên tử bằng số thứ tự nhóm.

- Electron chung là những electron hóa trị mà tham gia vào việc hình thành liên kết hóa học.

- Electron hóa trị riêng (electron tự do) là những electron hóa trị nhưng không tham gia vào việc hình thành liên kết hóa học.

- Công thức electron: Công thức electron của một phân tử biểu diễn các electron hóa trị riêng của các nguyên tử trong phân tử và các electron chung trong phân tử đó.

- Quy tắc octet: Trong quá trình hình thành liên kết hóa học, các nguyên tử có xu hướng nhường, nhận hoặc góp chung electron để đạt được cấu hình electron bền vững như của khí hiếm với 8 electron ở lớp ngoài cùng (hoặc 2 electron ở lớp ngoài cùng như của helium).

Chú ý: Các trường hợp ngoại lệ của quy tắc octet có thể gặp là:

Trường hợp 1: Hợp chất của các nguyên tố B và Al (như BeH₂, BH₃, AlH₃, …). Điều này là do C và Al có 3 electron hóa trị, quá ít để mỗi nguyên tử B hay Al tạo octet khi tham gia liên kết.

Trường hợp 2: Hợp chất có nhiều electron hóa trị như: SF₆, SF₄, PCl₃, PCl₅, … Điều này là do nguyên tử trung tâm có quá 8 electron hóa trị trong phân tử.

Trường hợp 3: Hợp chất có tổng số electron hóa trị là số lẻ (như NO, NO₂, …). Điều này là do quy tắc octet yêu cầu mỗi nguyên tử đạt octet khi có 8 electron (hoặc 2 electron với H) xung quanh.

Trường hợp 4: Với nguyên tử của các nguyên tố nhóm B, người ta áp dụng một quy tắc khác, tương ứng với quy tắc octet, là quy tắc 18 electron để giải thích xu hướng khi tham gia liên kết hóa học của chúng.

b) Ví dụ cách viết công thức electron của một số chất

Phân tử	Cách viết công thức electron
Cl₂	- Sự tạo thành phân tử chlorine (Cl₂): Nguyên tử chlorine (Cl) có Z = 17. Cấu hình electron của Cl là: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵ Nguyên tử Cl có 7 electron lớp ngoài cùng. Để đạt được cấu hình electron bền vững của khí hiếm gần nhất, mỗi nguyên tử Cl cần thêm 1 electron. Vì vậy, hai nguyên tử Cl liên kết với nhau bằng cách mỗi nguyên tử Cl cùng góp 1 electron để tạo nên 1 cặp electron dùng chung cho cả hai nguyên tử. - Công thức electron của Cl₂ là:
H₂O	- Sự tạo thành phân tử H₂O: Nguyên tử hydrogen (H) có cấu hình electron là 1s¹, nguyên tử oxygen (O) có cấu hình electron là 1s²2s²2p⁴. Để đạt được cấu hình electron bền vững của khí hiếm gần nhất, nguyên tử O cần thêm 2 electron, mỗi nguyên tử H cần thêm 1 electron. Khi hình thành phân tử H₂O, mỗi nguyên tử H góp chung 1 electron với nguyên tử O tạo thành 2 cặp electron dùng chung. - Công thức electron của H₂O là:
CO₂	- Sự tạo thành phân tử CO₂: Nguyên tử carbon (C) có cấu hình electron là 1s²2s²2p², nguyên tử oxygen (O) có cấu hình electron là 1s²2s²2p⁴. Để đạt được cấu hình electron bền vững của khí hiếm gần nhất, nguyên tử C cần 4 electron, nguyên tử O cần 2 electron. Trong phân tử CO₂, mỗi nguyên tử O góp chung 2 electron với nguyên tử C tạo thành 2 cặp electron dùng chung. - Công thức electron của CO₂ là:

II. Cách viết công thức Lewis

Công thức Lewis là công thức biểu diễn cấu tạo phân tử qua các liên kết và các electron hóa trị riêng. Khi thay mỗi cặp electron dùng chung trong công thức electron bằng một gạch nối (-) ta được công thức Lewis.

Ví dụ:

Cách viết công thức Lewis (chi tiết nhất)

a) Cách 1: Viết công thức Lewis dựa vào công thức electron

- Cách làm: Viết công thức electron trước. Từ công thức electron, thay 1 cặp electron dùng chung bằng 1 gạch nối giữa hai nguyên tử ta được công thức Lewis.

- Ví dụ:

Cách viết công thức Lewis (chi tiết nhất)

b) Cách 2: Xác định công thức Lewis khi biết công thức phân tử.

- Cách làm:

Bước 1: Tính tổng số electron hóa trị trong phân tử

Bước 2: Xác định nguyên tử trung tâm và vẽ sơ đồ khung biểu diễn liên kết giữa nguyên tử trung tâm với các nguyên tử xung quanh qua các liên kết đơn. Nguyên tử trung tâm thường là nguyên tử có độ âm điện nhỏ hơn (cần nhiều electron nhất để đạt octet) (ngoại trừ một số trường hợp như Cl₂O, Br₂O, H₂O, NH₃, CH₄, …)

Bước 3: Tính số electron hóa trị chưa tham gia liên kết bằng cách lấy tổng số electron trừ số electron tham gia tạo liên kết.

Hoàn thiện octet cho các nguyên tử có độ âm điện lớn hơn (trừ hydrogen) trong sơ đồ.

Nếu electron hóa trị còn dư, đặt số electron hóa trị dư trên nguyên tử trung tâm. Kiểm tra nguyên tử trung tâm đã đạt quy tắc octet chưa.

Nếu số electron hóa trị không còn dư mà nguyên tử trung tâm chưa đạt quy tắc octet, chuyển sang Bước 4.

Bước 4: Chuyển cặp electron chưa liên kết trên nguyên tử xung quanh thành electron liên kết sao cho nguyên tử trung tâm thỏa mãn quy tắc octet.

- Ví dụ:

Phân tử	Cách viết công thức Lewis
Cl₂	Bước 1: Tính tổng số electron hóa trị trong phân tử Nguyên tử Cl có 7 electron hóa trị. Tổng số electron hóa trị trong phân tử Cl₂ là 7.2 = 14 electron. Bước 2: Vẽ khung phân tử tạo bởi liên kết đơn giữa các nguyên tử Vẽ khung phân tử Cl₂ Cl – Cl (1) Bước 3: Tính số electron hóa trị chưa tham gia liên kết bằng cách lấy tổng số electron trừ số electron tham gia tạo liên kết. Số electron hóa trị chưa tham gia liên kết trong sơ đồ là: 14 – 2 = 12 electron Trong phân tử Cl₂, mỗi nguyên tử Cl mới có 2 electron, cần bổ sung thêm 6 electron để đạt octet. Ta được công thức (2) chính là công thức Lewis của Cl₂:
H₂O	Bước 1: Tính tổng số electron hóa trị trong phân tử Oxygen có 6 electron hóa trị, hydrogen có 1 electron hóa trị. Trong phân tử H₂O có 1 nguyên tử O và 2 nguyên tử H Vậy tổng số electron hóa trị = 6 + 1.2 = 8 electron. Bước 2: Vẽ khung phân tử tạo bởi liên kết đơn giữa các nguyên tử Trong phân tử H₂O, O cần 2 electron để đạt octet, H cần 1 electron để đạt octet. Vì vậy, O là nguyên tử trung tâm, còn các nguyên tử H được xếp xung quanh: H – O – H (1) Bước 3: Tính số electron hóa trị chưa tham gia liên kết bằng cách lấy tổng số electron trừ số electron tham gia tạo liên kết. Số electron hóa trị chưa tham gia liên kết trong sơ đồ là: 8 – 2.2 = 4 electron. Hoàn thiện octet cho các nguyên tử có độ âm điện lớn hơn trong sơ đồ. Từ công thức (1), nguyên tử H đã đủ octet, hoàn thiện octet cho O. Xung quanh nguyên tử O mới có 4 electron, ta bổ sung 4 electron vào nguyên tử O. Ta được công thức (2) chính là công thức Lewis của H₂O:
CO₂	Bước 1: Tính tổng số electron hóa trị trong phân tử Carbon có 4 electron hóa trị, oxygen có 6 electron hóa trị. Trong phân tử CO₂ có 1 nguyên tử carbon và 2 nguyên tử oxygen. Vậy tổng số electron hóa trị = 4 + 6.2 = 16 electron. Bước 2: Vẽ khung phân tử tạo bởi liên kết đơn giữa các nguyên tử Trong phân tử CO₂, C có độ âm điện nhỏ hơn (mặt khác nguyên tử C cần 4 electron để đạt octet, nguyên tử O cần 2 electron hóa trị để đạt octet). Vì vậy, C là nguyên tử trung tâm, còn các nguyên tử O được xếp xung quanh: O – C – O (1) Bước 3: Tính số electron hóa trị chưa tham gia liên kết bằng cách lấy tổng số electron trừ số electron tham gia tạo liên kết. Số electron hóa trị chưa tham gia liên kết trong sơ đồ là: 16 – 2.2 = 12 Hoàn thiện octet cho các nguyên tử có độ âm điện lớn hơn trong sơ đồ. Trong công thức (1), xung quanh mỗi nguyên tử O mới có 2 electron nên cần phải bổ sung 6 electron vào mỗi nguyên tử này. Ta được công thức (2) Số electron hóa trị còn lại: 12 – 6.2 = 0 Nguyên tử trung tâm C có 4 electron hóa trị, chưa đạt octet. Bước 4: Chuyển cặp electron chưa liên kết trên nguyên tử xung quanh thành electron liên kết sao cho nguyên tử trung tâm thỏa mãn quy tắc octet. - Vì C chưa đạt octet, cần chuyển một cặp electron của mỗi nguyên tử oxygen thành cặp electron chung giữa C và O để C đạt octet. - Công thức Lewis của phân tử CO₂ thu được là: