Trả lời nhanh
Trong phân tử BF3, nguyên tử B ở trung tâm tạo 3 liên kết đơn B–F, mỗi nguyên tử F còn 3 cặp electron không liên kết. Tổng số electron hoá trị là 3 + 3×7 = 24. Nguyên tử B chỉ có 6 electron xung quanh nên chưa đạt octet. Đây là trường hợp ngoại lệ quy tắc octet rất hay gặp.
Công thức electron và công thức Lewis của BF3 trông như thế nào?
Hai cách biểu diễn này chỉ khác nhau ở cách vẽ cặp electron liên kết. Công thức electron vẽ cặp liên kết bằng hai dấu chấm, công thức Lewis (còn gọi là công thức cấu tạo có đủ cặp riêng) thay mỗi cặp liên kết bằng một gạch nối.
| Loại công thức | Cách biểu diễn BF3 |
|---|---|
| Công thức electron | B ở giữa, mỗi F nối với B bằng 1 cặp chấm; mỗi F có thêm 3 cặp chấm riêng |
| Công thức Lewis | 3 gạch B–F; mỗi F có 3 cặp chấm riêng; B không có cặp riêng |
| Công thức cấu tạo | Chỉ vẽ 3 gạch B–F, bỏ các cặp electron riêng |
Viết công thức Lewis của BF3 qua 4 bước
Bước 1: Đếm tổng số electron hoá trị
- B (Z = 5): 1s22s22p1 → 3 electron hoá trị.
- F (Z = 9): 1s22s22p5 → 7 electron hoá trị.
- Tổng: 3 + 3 × 7 = 24 electron, tương ứng 12 cặp.
Bước 2: Chọn nguyên tử trung tâm và nối các nguyên tử
Nguyên tử trung tâm thường là nguyên tử có độ âm điện nhỏ hơn và chỉ có một nguyên tử. Ở đây là B (F không bao giờ làm nguyên tử trung tâm). Nối B với ba nguyên tử F bằng ba liên kết đơn, dùng hết 3 cặp electron.
Bước 3: Hoàn thiện octet cho các nguyên tử xung quanh
Mỗi F đã có 1 cặp liên kết, cần thêm 3 cặp riêng để đủ 8 electron. Ba nguyên tử F dùng 3 × 3 = 9 cặp.
Bước 4: Kiểm tra lại số cặp electron
Đã dùng 3 + 9 = 12 cặp, đúng bằng 12 cặp có sẵn nên không còn electron dư để đặt lên B. Kết quả: B có 3 cặp liên kết = 6 electron.
Vì sao B trong BF3 không đủ octet?
Nguyên tử B chỉ có 3 electron hoá trị. Mỗi electron này góp chung với một electron của F, nên B chỉ tạo được 3 liên kết và có 6 electron xung quanh. Muốn có octet, B cần thêm 1 cặp electron nữa, mà ở chu kì 2 B không thể mở rộng vỏ hoá trị vì không có phân lớp d.
Chính vì còn thiếu 2 electron, B còn một obitan 2p trống. Điều này giải thích tính chất đặc trưng của BF3: nó là axit Lewis, dễ nhận cặp electron từ chất khác.
Mẹo nhớ: các hợp chất đơn giản của nhóm IIIA chu kì 2 (BF3, BCl3, BH3) đều “thiếu 2 electron” quanh B.
Điện tích hình thức trong BF3
Điện tích hình thức = số electron hoá trị của nguyên tử tự do − số electron không liên kết − số liên kết.
| Nguyên tử | Tính toán | Điện tích hình thức |
|---|---|---|
| B | 3 − 0 − 3 | 0 |
| mỗi F | 7 − 6 − 1 | 0 |
Mọi nguyên tử đều có điện tích hình thức bằng 0, nên cấu trúc có 3 liên kết đơn là hợp lý ở mức chương trình phổ thông.
Có thể vẽ thêm cấu trúc có liên kết đôi B=F để B đủ octet. Khi đó B mang điện tích hình thức −1 và F mang +1, rất bất lợi vì F có độ âm điện lớn nhất. Vì vậy cấu trúc này chỉ đóng góp nhỏ, và SGK chọn cấu trúc 3 liên kết đơn. Độ dài liên kết B–F thực nghiệm hơi ngắn hơn liên kết đơn thuần, được giải thích bởi sự xen phủ một phần của cặp electron riêng trên F với obitan 2p trống của B.
Hình dạng phân tử và tính phân cực
- Dạng hình học: quanh B có 3 vùng electron (3 cặp liên kết, 0 cặp riêng), kiểu AX3. Theo thuyết VSEPR, các cặp electron đẩy nhau xa nhất nên phân tử có dạng tam giác phẳng.
- Góc liên kết: F–B–F = 120°.
- Lai hoá: nguyên tử B lai hoá sp2.
- Phân cực: mỗi liên kết B–F phân cực về phía F (độ âm điện F ≈ 3,98; B ≈ 2,04). Ba vectơ moment lưỡng cực bằng nhau, nằm trong một mặt phẳng, lệch nhau 120° nên triệt tiêu. Phân tử BF3 không phân cực.
Lưu ý: hiệu độ âm điện B–F gần 1,94, lớn hơn mốc 1,7 hay dùng để phân loại. Tuy vậy BF3 là chất khí, sôi ở khoảng −100 °C, tức là hợp chất cộng hoá trị. Mốc 1,7 chỉ là quy ước gần đúng, không nên áp dụng máy móc.
BF3 là axit Lewis: phản ứng với NH3
Nguyên tử N trong NH3 có một cặp electron riêng. Cặp này được đưa sang obitan trống của B để tạo liên kết cho – nhận:
BF3 + :NH3 → H3N→BF3
Trong sản phẩm, B có 4 liên kết, đã đủ octet và chuyển sang lai hoá sp3. Hình dạng quanh B chuyển từ tam giác phẳng sang tứ diện. Tương tự, ion BF4− được tạo từ BF3 và F−.
Lỗi sai thường gặp khi viết công thức Lewis của BF3
- Ép B đủ 8 electron bằng cách vẽ liên kết đôi B=F ngay từ đầu. Đề thi phổ thông thường chấp nhận 3 liên kết đơn.
- Quên cặp electron riêng của F: mỗi F phải có 3 cặp chấm. Nếu chỉ vẽ 3 gạch, đó là công thức cấu tạo chứ chưa phải công thức Lewis.
- Đặt thừa cặp riêng lên B: tổng electron chỉ có 24, đặt thêm sẽ sai.
- Vẽ dạng chữ T hoặc chữ V thay vì tam giác phẳng đều, dẫn đến sai góc liên kết.
- Nhầm với NH3: NH3 có 1 cặp riêng trên N nên hình chóp; BF3 không có cặp riêng trên B nên phẳng.
Bài tập luyện tập
strong>Bài 1. Viết công thức Lewis của BCl3 và cho biết dạng hình học.
Đáp án: Cl cũng có 7 electron hoá trị, nên tổng là 3 + 3×7 = 24 electron. Cấu trúc giống BF3: B nối 3 nguyên tử Cl bằng liên kết đơn, mỗi Cl có 3 cặp riêng, B có 6 electron. Phân tử tam giác phẳng, góc Cl–B–Cl = 120°.
Bài 2. Đếm electron hoá trị của ion BF4− và cho biết B có đủ octet không.
Đáp án: 3 + 4×7 + 1 (điện tích âm) = 32 electron, tức 16 cặp. B tạo 4 liên kết đơn (4 cặp), 4 nguyên tử F dùng 12 cặp riêng, tổng 16 cặp. B có 8 electron nên đủ octet; ion có dạng tứ diện đều.
Bài 3. Vì sao BF3 có moment lưỡng cực bằng 0 dù liên kết B–F phân cực?
Đáp án: Phân tử đối xứng dạng tam giác phẳng; ba moment lưỡng cực liên kết có độ lớn bằng nhau, lệch nhau 120° nên tổng vectơ bằng 0.
Bài 4. Trong phản ứng BF3 + NH3, chất nào là chất cho, chất nào là chất nhận cặp electron?
Đáp án: NH3 là chất cho (N có cặp riêng); BF3 là chất nhận (B có obitan 2p trống).
Tóm tắt nhanh
- BF3: 24 electron hoá trị, 3 liên kết đơn B–F, mỗi F có 3 cặp riêng.
- B có 6 electron: ngoại lệ quy tắc octet (thiếu electron).
- Tam giác phẳng, góc 120°, B lai hoá sp2, phân tử không phân cực.
- Là axit Lewis, nhận cặp electron để tạo liên kết cho – nhận.
Câu hỏi thường gặp
Công thức Lewis của BF3 có bao nhiêu cặp electron không liên kết?
Có 9 cặp electron không liên kết, mỗi nguyên tử F có 3 cặp. Nguyên tử B không có cặp riêng. Cộng thêm 3 cặp liên kết là đủ 12 cặp, tương ứng 24 electron hoá trị.
Vì sao BF3 không tuân theo quy tắc octet?
B chỉ có 3 electron hoá trị nên chỉ tạo được 3 liên kết, quanh B có 6 electron. B ở chu kì 2, không có phân lớp d để mở rộng lớp vỏ, nên B vẫn thiếu 2 electron.
BF3 có phải phân tử phân cực không?
Không. Mỗi liên kết B–F phân cực nhưng phân tử có dạng tam giác phẳng đối xứng, góc 120°, các moment lưỡng cực triệt tiêu nhau nên moment lưỡng cực tổng bằng 0.
Nguyên tử B trong BF3 lai hoá gì?
B lai hoá sp2: một obitan 2s trộn với hai obitan 2p tạo ba obitan lai hoá nằm trong một mặt phẳng, hướng về ba đỉnh tam giác đều. Obitan 2p còn lại không lai hoá và để trống.