Ozone O3 là một loại khí có tính oxi hóa, phân tử ba nguyên tử oxi
Lớp 10Hóa học

O3 (ozone) có liên kết gì? Cấu tạo phân tử và giải thích

Trả lời nhanh

Trong phân tử O3, các nguyên tử oxygen liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị. Theo công thức cấu tạo thường dùng O=O→O, phân tử có một liên kết đôi và một liên kết cho–nhận. Thực tế hai liên kết O–O giống hệt nhau nhờ hiện tượng cộng hưởng, phân tử có dạng gấp khúc, góc liên kết khoảng 117°.

Vì sao O3 là liên kết cộng hoá trị?

Ozone chỉ gồm nguyên tố oxygen, là phi kim có độ âm điện lớn (3,44). Hai nguyên tử phi kim giống nhau không thể cho hẳn electron cho nhau để tạo ion, nên chúng góp chung electron. Đó chính là liên kết cộng hoá trị.

Vì các nguyên tử đều là O nên chênh lệch độ âm điện giữa chúng bằng 0. Nói gọn: liên kết O–O trong O3 là liên kết cộng hoá trị không phân cực (xét riêng từng cặp nguyên tử).

Cách viết công thức electron và công thức cấu tạo của O3

  1. Mỗi nguyên tử O có 6 electron hoá trị, ba nguyên tử có 18 electron, tức 9 cặp.
  2. Xếp 3 nguyên tử thành chuỗi O–O–O, nguyên tử O ở giữa là nguyên tử trung tâm. Dùng 2 cặp tạo hai liên kết đơn.
  3. Phân bố 7 cặp còn lại để mỗi nguyên tử đủ 8 electron. Muốn vậy, một liên kết phải chuyển thành liên kết đôi.
  4. Kết quả: O trung tâm có 1 cặp electron riêng, O đầu liên kết đôi có 2 cặp riêng, O đầu liên kết đơn có 3 cặp riêng (tổng 6 cặp riêng + 3 cặp liên kết = 9 cặp).

Ở SGK, người ta thường biểu diễn bằng cách nói: nguyên tử O trung tâm dùng cặp electron riêng của mình để tạo liên kết cho–nhận với nguyên tử O thứ ba, viết là O=O→O. Cách viết theo điện tích hình thức là O=O+–O–; hai cách viết này mô tả cùng một ý.

Hai liên kết O–O thực tế giống nhau: hiện tượng cộng hưởng

Nếu đúng là một liên kết đôi và một liên kết đơn thì hai độ dài liên kết phải khác nhau. Thực nghiệm cho thấy chúng bằng nhau, khoảng 128 pm, nằm giữa liên kết đơn O–O (khoảng 148 pm) và liên kết đôi O=O trong O2 (khoảng 121 pm).

Lý do: có hai cấu trúc tương đương chỉ khác vị trí liên kết đôi, phân tử thật là “lai” của hai cấu trúc đó. Electron π được trải đều trên cả ba nguyên tử, nên bậc liên kết trung bình là (2 + 1) : 2 = 1,5.

Hai cấu trúc cộng hưởng của phân tử ozone O3 với điện tích hình thức + ở O trung tâm và – ở O đầu mạch
Hai cấu trúc cộng hưởng của O3: liên kết đôi đổi chỗ cho nhau, phân tử thật là dạng lai của hai cấu trúc.

Tóm tắt đặc điểm cấu tạo O3

Đặc điểm Nội dung
Loại liên kết Cộng hoá trị (có một liên kết cho–nhận / liên kết π không định chỗ)
Dạng hình học Gấp khúc (hình chữ V)
Góc liên kết O–O–O Khoảng 117°
Bậc liên kết 1,5
Độ phân cực của phân tử Phân cực yếu (momen lưỡng cực khoảng 0,5 D)

Do phân tử gấp khúc và electron phân bố không đối xứng hoàn toàn nên O3 hơi phân cực. Đây là một lí do ozone tan trong nước nhiều hơn O2. Liên kết trong O3 kém bền hơn trong O2, nên ozone dễ phân huỷ và có tính oxi hoá mạnh hơn:

2O3 → 3O2 (xảy ra khi đun nóng hoặc có xúc tác)

Lỗi sai thường gặp

  • Cho rằng O3 có liên kết ion: sai, vì chỉ có phi kim giống nhau, không có sự nhường nhận hoàn toàn electron.
  • Viết O≡O–O hay O=O=O: sai, O=O=O sẽ khiến nguyên tử giữa dư electron hoá trị và phân tử thẳng, không đúng thực nghiệm.
  • Nghĩ một liên kết dài, một liên kết ngắn: thực tế hai liên kết bằng nhau do cộng hưởng.
  • Nhầm “liên kết cho–nhận” là loại liên kết khác hẳn: về bản chất nó vẫn là liên kết cộng hoá trị, chỉ khác nguồn gốc cặp electron dùng chung.

Mẹo nhớ: “O ba – gấp khúc – đôi cộng cho nhận – cộng hưởng một phẩy năm”.

Bài luyện tập

  1. Phân tử O3 có tất cả bao nhiêu electron hoá trị và bao nhiêu cặp electron riêng?
    Đáp án: 18 electron hoá trị; có 6 cặp electron riêng (1 + 2 + 3) và 3 cặp electron liên kết.
  2. Vì sao độ dài liên kết O–O trong O3 (128 pm) lớn hơn trong O2 (121 pm)?
    Đáp án: Bậc liên kết trong O3 là 1,5, nhỏ hơn bậc 2 của O2, nên liên kết dài hơn và kém bền hơn.
  3. Liên kết giữa hai nguyên tử O trong O3 là liên kết ion hay cộng hoá trị? Có phân cực không?
    Đáp án: Cộng hoá trị; xét từng cặp O–O thì không phân cực, nhưng cả phân tử phân cực yếu vì có dạng gấp khúc.

Câu hỏi thường gặp

O3 có liên kết ion không?

Không. O3 chỉ gồm các nguyên tử phi kim oxygen nên chúng góp chung electron, tạo liên kết cộng hoá trị chứ không phải liên kết ion.

Trong O3 có mấy liên kết đôi, mấy liên kết cho–nhận?

Theo cách viết O=O→O thì có 1 liên kết đôi và 1 liên kết cho–nhận. Thực tế hai liên kết O–O đều có bậc 1,5 do cộng hưởng.

O3 có phân cực không?

Từng liên kết O–O không phân cực, nhưng phân tử O3 gấp khúc và electron phân bố không đối xứng hoàn toàn nên phân cực yếu, momen lưỡng cực khoảng 0,5 D.

Vì sao O3 kém bền và oxi hoá mạnh hơn O2?

Bậc liên kết trong O3 chỉ 1,5 nên liên kết yếu hơn O2; O3 dễ tách một nguyên tử O để thành O2, nên có tính oxi hoá mạnh.

Bài học liên quan