Hóa học Lớp 10. Viết công thức electron, công thức cấu tạo và công thức Lewis.
Kiến thức cần nhớ
**1. Liên kết cộng hóa trị và cặp electron dùng chung**
**Liên kết cộng hóa trị** được hình thành bởi một hay nhiều cặp electron dùng chung giữa hai nguyên tử, thường là các nguyên tử phi kim. Mỗi cặp electron dùng chung thông thường tạo một liên kết:
- Một cặp dùng chung: liên kết đơn.
- Hai cặp dùng chung: liên kết đôi.
- Ba cặp dùng chung: liên kết ba.
Electron liên kết được tính cho lớp ngoài cùng của cả hai nguyên tử khi kiểm tra duet hoặc octet.
**2. Ba cách biểu diễn thường gặp**
- **Công thức electron:** biểu diễn tất cả electron hóa trị bằng các chấm; cặp electron liên kết nằm giữa hai nguyên tử.
- **Công thức Lewis:** thường thay mỗi cặp electron liên kết bằng một gạch, nhưng vẫn biểu diễn các cặp electron chưa liên kết.
- **Công thức cấu tạo:** tập trung biểu diễn các liên kết bằng gạch; trong nhiều bài có thể lược bớt cặp electron tự do.
Một gạch nối biểu diễn một cặp electron liên kết, không phải một electron. Cặp electron chưa liên kết vẫn phải được tính khi kiểm tra tổng electron và octet.
**3. Tính tổng electron hóa trị**
Trước khi vẽ Lewis, cộng electron hóa trị của mọi nguyên tử:
$N_e=\sum n_i\,v_i$
Trong đó $n_i$ là số nguyên tử loại $i$, $v_i$ là số electron hóa trị của nguyên tử đó.
- Với **anion**, cộng thêm số electron bằng độ lớn điện tích âm.
- Với **cation**, trừ số electron bằng điện tích dương.
Ví dụ:
- $NH_3$: $5+3\times1=8$ electron.
- $CO_2$: $4+2\times6=16$ electron.
- $CO_3^{2-}$: $4+3\times6+2=24$ electron.
- $SO_4^{2-}$: $6+4\times6+2=32$ electron.
Thấy dấu âm phải **cộng** electron, không phải trừ.
**4. Quy trình viết công thức Lewis**
1. Tính tổng electron hóa trị.
2. Chọn nguyên tử trung tâm: thường là nguyên tử có độ âm điện nhỏ hơn; H không làm trung tâm và halogen thường ở ngoài.
3. Nối nguyên tử trung tâm với các nguyên tử ngoài bằng liên kết đơn.
4. Phân bố electron còn lại để nguyên tử ngoài đạt duet/octet trước, rồi đến nguyên tử trung tâm.
5. Nếu nguyên tử trung tâm chưa đủ octet, chuyển cặp electron tự do của nguyên tử ngoài thành liên kết đôi hoặc ba khi phù hợp.
6. Đếm lại tổng electron, kiểm tra duet/octet và điện tích toàn tiểu phân.
Với ion nhiều nguyên tử, đặt toàn bộ cấu trúc trong ngoặc vuông và ghi điện tích ở ngoài nếu cần.
**5. Ví dụ Lewis cơ bản**
- $H_2O$: O tạo hai liên kết đơn O–H và còn hai cặp electron tự do.
- $NH_3$: N tạo ba liên kết đơn N–H và còn một cặp electron tự do.
- $CO_2$: cấu trúc $O=C=O$; mỗi O còn hai cặp electron tự do, C và O đều đạt octet.
- $N_2$: hai N dùng chung ba cặp electron, tạo $N\equiv N$; mỗi N còn một cặp electron tự do.
Sau khi vẽ, tổng số electron biểu diễn phải đúng bằng tổng electron hóa trị đã tính. Hình “đẹp” hoặc đối xứng chưa đủ để chứng minh cấu trúc đúng.
**6. Liên kết cho–nhận**
Liên kết cho–nhận là liên kết cộng hóa trị trong đó **cả hai electron của cặp dùng chung ban đầu do một nguyên tử cung cấp**:
- Bên cho phải có cặp electron tự do.
- Bên nhận phải có khả năng tiếp nhận cặp electron, chẳng hạn $H^+$.
Ví dụ $NH_3$ dùng cặp electron tự do trên N cho $H^+$ để tạo $NH_4^+$. Có thể dùng mũi tên từ bên cho đến bên nhận để mô tả lúc hình thành. Sau khi liên kết đã tạo, liên kết đó vẫn là liên kết cộng hóa trị và không nên cho rằng nó luôn yếu hoặc luôn khác hoàn toàn các liên kết còn lại.
**7. Liên kết $\sigma$ và $\pi$**
- Liên kết $\sigma$ hình thành do sự xen phủ orbital theo trục nối hai hạt nhân. Đây là liên kết hình thành đầu tiên giữa hai nguyên tử.
- Liên kết $\pi$ hình thành do xen phủ bên của các orbital, với mật độ electron nằm hai phía trục liên hạt nhân.
Quy tắc đếm:
- Liên kết đơn = $1\sigma$.
- Liên kết đôi = $1\sigma+1\pi$.
- Liên kết ba = $1\sigma+2\pi$.
Ví dụ $O=C=O$ có 2 liên kết đôi nên tổng cộng $2\sigma$ và $2\pi$. Ethene $H_2C=CH_2$ có 4 liên kết C–H và một phần $\sigma$ của C=C, nên có $5\sigma$ và $1\pi$. Khi đếm toàn phân tử, không được bỏ các liên kết đơn với H.
**8. Bậc liên kết, độ dài và độ bền**
Với cùng một cặp nguyên tử, xu hướng chung khi bậc liên kết tăng từ đơn đến đôi rồi ba là:
- Độ dài liên kết giảm.
- Liên kết bền hơn.
- Năng lượng cần để phá vỡ liên kết tăng.
Ví dụ tổng quát:
$C-C\;\text{dài hơn và yếu hơn}\;C=C\;\text{dài hơn và yếu hơn}\;C\equiv C$
So sánh này chỉ trực tiếp khi xét cùng một cặp nguyên tử và điều kiện tương đương; không dùng bậc liên kết để so tùy ý hai loại liên kết khác nguyên tố.
ezonthi