Cách viết công thức electron: khái niệm, 4 bước làm, ví dụ và bài tập

1. Những khái niệm cần nắm trước khi viết

• Electron hóa trị: electron ở lớp ngoài cùng (và phân lớp sát ngoài cùng chưa bão hòa với nguyên tố nhóm B), có thể tham gia tạo liên kết. Với nguyên tố nhóm A, số electron hóa trị bằng số thứ tự nhóm.
• Electron chung: electron hóa trị được hai nguyên tử dùng chung để tạo liên kết cộng hóa trị. Hai electron chung hợp thành một cặp electron chung.
• Electron hóa trị riêng (cặp electron tự do): electron hóa trị không tham gia liên kết, thường xuất hiện theo cặp quanh nguyên tử.
• Quy tắc octet: khi liên kết, nguyên tử có xu hướng nhường, nhận hoặc góp chung electron để có 8 electron ở lớp ngoài cùng như khí hiếm (riêng H có 2 electron như helium).
• Công thức electron: hình vẽ dùng dấu chấm để biểu diễn electron hóa trị riêng và electron chung của cả phân tử.

Muốn xác định số electron hóa trị chính xác, em cần viết được cấu hình electron của nguyên tử. Phần này có ở bài cấu hình electron của các nguyên tố: Cấu hình electron của các nguyên tố.

2. Bảng “nhu cầu” electron của các nguyên tử hay gặp

Đây là công cụ quan trọng nhất. Số liên kết cộng hóa trị thường tạo ra bằng số electron nguyên tử còn thiếu để đạt cấu hình bền.

Nguyên tử	Nhóm	Electron hóa trị	Còn thiếu	Số cặp chung thường tạo	Số cặp riêng
H	IA	1	1 (đủ 2)	1	0
C	IVA	4	4	4	0
N	VA	5	3	3	1
O	VIA	6	2	2	2
F, Cl	VIIA	7	1	1	3

Mẹo nhớ: “H – O – N – C” tương ứng 1 – 2 – 3 – 4 liên kết; halogen giống H, chỉ tạo 1 liên kết. Số cặp riêng = (số electron hóa trị − số liên kết) ÷ 2.

3. Bốn bước viết công thức electron

1. Bước 1 – Đếm electron hóa trị của mỗi nguyên tử (từ cấu hình electron hoặc số thứ tự nhóm).
2. Bước 2 – Tính số electron còn thiếu để đạt octet (8 electron, riêng H là 2).
3. Bước 3 – Ghép cặp electron chung: mỗi nguyên tử góp electron sao cho vừa đủ nhu cầu của nhau. Nguyên tử cần 2 electron sẽ nối với hai nguyên tử cần 1, hoặc với một nguyên tử bằng liên kết đôi.
4. Bước 4 – Điền các electron hóa trị còn lại thành cặp riêng quanh từng nguyên tử, rồi kiểm tra mỗi nguyên tử đã đủ 8 (hoặc 2) electron chưa.

4. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Phân tử H₂O

H có 1 electron hóa trị, cần thêm 1. O có 6 electron hóa trị, cần thêm 2. Vậy O góp chung mỗi electron với một nguyên tử H, tạo 2 cặp chung. O còn 6 − 2 = 4 electron, tức 2 cặp riêng. Kiểm tra: O có 2×2 + 4 = 8 electron, mỗi H có 2 electron. Công thức Lewis: H–O–H, trên O còn 2 cặp electron riêng.

Ví dụ 2: Phân tử N₂

Mỗi N có 5 electron hóa trị, cần thêm 3. Hai nguyên tử góp chung 3 cặp electron, tạo liên kết ba. Mỗi N còn 5 − 3 = 2 electron, tức 1 cặp riêng. Công thức Lewis: N≡N, mỗi N có một cặp riêng. Liên kết ba rất bền nên khí nitrogen trơ ở điều kiện thường.

Ví dụ 3: Phân tử CO₂

C cần thêm 4 electron, mỗi O cần thêm 2. C góp chung 2 electron với mỗi O, tạo 2 liên kết đôi. Mỗi O còn 6 − 2 = 4 electron, tức 2 cặp riêng; C không còn cặp riêng. Công thức Lewis: O=C=O. Xem thêm bài riêng: Công thức electron của CO2.

Ví dụ 4: Phân tử NH₃

N cần thêm 3 electron, mỗi H cần thêm 1. N tạo 3 cặp chung với 3 nguyên tử H. N còn 5 − 3 = 2 electron, tức 1 cặp riêng. Phân tử có 3 cặp chung và 1 cặp riêng, đúng với tổng 8 electron hóa trị (5 + 3).

Các phân tử đơn chất rất hay gặp có bài viết riêng: H₂, O₂, F₂, Cl₂. Bảng nhiều chất hơn ở Công thức electron của một số chất thường gặp.

5. Từ công thức electron sang công thức Lewis

Công thức Lewis là công thức electron “rút gọn”: mỗi cặp electron chung được thay bằng một gạch nối, còn các cặp electron riêng vẫn giữ dưới dạng chấm (hoặc gạch ngắn trên nguyên tử). Vì vậy một liên kết đơn là 1 gạch, liên kết đôi là 2 gạch, liên kết ba là 3 gạch.

Cách khác: viết Lewis khi chỉ biết công thức phân tử

1. Tính tổng số electron hóa trị của cả phân tử.
2. Chọn nguyên tử trung tâm (thường là nguyên tử có độ âm điện nhỏ hơn, hoặc nguyên tử cần nhiều electron nhất; H không bao giờ làm trung tâm). Nối nó với các nguyên tử xung quanh bằng liên kết đơn.
3. Lấy tổng electron trừ đi số electron đã dùng cho liên kết (mỗi liên kết 2 electron). Dùng số còn lại hoàn thiện octet cho các nguyên tử xung quanh, rồi đến nguyên tử trung tâm.
4. Nếu nguyên tử trung tâm vẫn thiếu electron, chuyển bớt cặp riêng của nguyên tử xung quanh thành liên kết đôi hoặc ba.

Áp dụng cho CO₂: tổng electron hóa trị = 4 + 2×6 = 16. Khung O–C–O dùng 4 electron, còn 12 electron cho hai nguyên tử O (mỗi O 3 cặp riêng). Lúc này C mới có 4 electron nên thiếu. Chuyển một cặp riêng của mỗi O thành cặp chung với C, ta được O=C=O, mọi nguyên tử đạt octet.

Áp dụng cho NH₃: tổng = 5 + 3 = 8. Khung có 3 liên kết N–H dùng 6 electron, còn 2 electron đặt thành cặp riêng trên N. Đúng với kết quả ở trên.

Em có thể đối chiếu thêm với Công thức Lewis của một số chất thường gặp và Công thức cấu tạo của một số chất thường gặp.

6. Các trường hợp ngoại lệ của quy tắc octet

Loại ngoại lệ	Ví dụ	Giải thích
Nguyên tử trung tâm thiếu electron (chưa đủ 8)	BeH2, BH3, AlH3	Be, B, Al có quá ít electron hóa trị (2, 3, 3), nên quanh Be chỉ có 4 electron, quanh B và Al chỉ có 6 electron.
Nguyên tử trung tâm có hơn 8 electron (mở rộng octet)	SF6, SF4, PCl5	Nguyên tử trung tâm ở chu kì 3 trở đi có thể chứa 10 hoặc 12 electron quanh nó.
Tổng electron hóa trị là số lẻ	NO (11 electron), NO2 (17 electron)	Không thể chia hết thành các cặp, nên chắc chắn có một electron độc thân và có nguyên tử không đạt octet.
Nguyên tố nhóm B	Hợp chất của kim loại chuyển tiếp	Thường dùng quy tắc 18 electron thay cho octet.

Lưu ý dễ nhầm: PCl₃ vẫn tuân theo octet (P có 3 cặp chung và 1 cặp riêng, đủ 8 electron). Chỉ PCl₅ mới là trường hợp mở rộng octet.

7. Lỗi sai thường gặp

• Quên cặp electron riêng. Ví dụ vẽ H–O–H mà không có 2 cặp riêng trên O, hoặc vẽ N≡N không có cặp riêng. Luôn kiểm tra tổng số electron trong hình bằng tổng electron hóa trị.
• Đếm sai electron hóa trị của nguyên tố (nhầm giữa số lớp electron và số electron lớp ngoài cùng).
• Dùng cách vẽ này cho hợp chất ion. Trong NaCl, Na nhường hẳn 1 electron cho Cl nên không có cặp electron chung; không biểu diễn như phân tử cộng hóa trị.
• Cho H hai cặp riêng hoặc làm nguyên tử trung tâm. H chỉ có tối đa 2 electron và tạo duy nhất 1 liên kết.
• Nhầm cặp chung với liên kết mới. Liên kết đôi gồm 2 cặp chung, không phải 2 liên kết ở hai vị trí khác nhau.

8. Bài luyện tập có đáp án

Bài 1. Viết công thức electron và công thức Lewis của HCl.

Đáp án: H có 1 electron hóa trị, Cl có 7 và cần thêm 1. Hai nguyên tử góp chung 1 cặp electron. Cl còn 6 electron, tức 3 cặp riêng. Công thức Lewis: H–Cl, trên Cl có 3 cặp riêng. Tổng electron trong hình: 2 + 6 = 8 = 1 + 7.

Bài 2. Phân tử C₂H₄ có bao nhiêu cặp electron chung và cặp electron riêng?

Đáp án: Tổng electron hóa trị = 2×4 + 4×1 = 12. Mỗi C tạo 2 liên kết C–H và nối với nhau bằng liên kết đôi C=C. Số cặp chung = 4 + 2 = 6 (đúng 12 electron), nên không còn cặp riêng nào. Công thức Lewis: H₂C=CH₂.

Bài 3. Tính tổng electron hóa trị của CCl₄ và số cặp electron riêng.

Đáp án: Tổng = 4 + 4×7 = 32. Bốn liên kết C–Cl dùng 8 electron, còn 32 − 8 = 24 electron, tức 12 cặp riêng, mỗi Cl có 3 cặp riêng. C có 4 cặp chung, đủ 8 electron.

Muốn ôn rộng hơn, em xem thêm Cấu hình electron các ion thường gặp và Tổng hợp công thức Hóa học quan trọng.

Câu hỏi thường gặp

Công thức electron khác công thức Lewis như thế nào?

Công thức electron dùng dấu chấm để biểu diễn mọi electron hóa trị, kể cả các cặp electron chung. Công thức Lewis thay mỗi cặp electron chung bằng một gạch nối, còn cặp riêng vẫn là chấm hoặc gạch ngắn trên nguyên tử.

Làm sao biết một nguyên tử có bao nhiêu electron hóa trị?

Với nguyên tố nhóm A, số electron hóa trị bằng số thứ tự nhóm, ví dụ O ở nhóm VIA có 6 electron. Em cũng có thể đếm số electron ở lớp ngoài cùng trong cấu hình electron.

Vì sao phân tử N2 có liên kết ba?

Mỗi nguyên tử N có 5 electron hóa trị và cần thêm 3 electron để đạt octet. Hai nguyên tử góp chung 3 cặp electron nên tạo liên kết ba, mỗi N còn một cặp electron riêng.

Những phân tử nào không tuân theo quy tắc octet?

Ví dụ BeH2, BH3 (thiếu electron), SF6, PCl5 (nguyên tử trung tâm có hơn 8 electron) và NO, NO2 (tổng electron hóa trị là số lẻ). Còn PCl3 vẫn tuân theo octet.

Bài học liên quan

• Công thức Lewis của HCN: cách viết, hình dạng phân tử, bài tập
• Công thức Lewis của C2H2 (axetilen): cách viết, hình dạng, liên kết
• Chuyên đề Hóa học 10 Kết nối tri thức: Mục lục 11 bài và cách học
• Viết công thức Lewis cho H2O, H2S, HClO: cách viết từng bước
• Công thức Lewis HNO3: cách viết và H liên kết với nguyên tử nào?
• Công thức Lewis của BF3 (công thức electron): cách viết và giải thích