Trả lời nhanh
Công thức Lewis của PH3 có nguyên tử P ở giữa, nối với 3 nguyên tử H bằng 3 liên kết đơn P–H (mỗi liên kết là 1 cặp electron dùng chung). Trên P còn 1 cặp electron hoá trị riêng chưa liên kết. Tổng cộng có 8 electron hoá trị, tức 4 cặp: 3 cặp liên kết và 1 cặp không liên kết.
Công thức Lewis của PH3 là gì?
Công thức Lewis biểu diễn các electron hoá trị của nguyên tử trong phân tử: mỗi cặp electron dùng chung vẽ thành một gạch nối (hoặc hai chấm), mỗi cặp electron riêng vẽ thành hai chấm đặt cạnh nguyên tử. Với phân tử photphin (PH3), công thức được viết như sau:
- Công thức electron: P ở giữa, mỗi H dùng chung 1 cặp electron với P, trên P còn 1 cặp chấm.
- Công thức Lewis: H–P–H (H gắn ở dưới P) và có 2 chấm trên P.
- Công thức cấu tạo: chỉ giữ các gạch nối, bỏ cặp electron riêng: H–P(–H)–H.
Viết công thức Lewis của PH3 theo 4 bước
Bước 1: Tính tổng số electron hoá trị
Cấu hình electron của P (Z = 15) là 1s22s22p63s23p3, vậy P có 5 electron hoá trị (nhóm VA). H (Z = 1) có 1 electron hoá trị.
Tổng electron hoá trị = 5 + 3 × 1 = 8 electron, tương đương 4 cặp.
Bước 2: Chọn nguyên tử trung tâm và nối bằng liên kết đơn
H chỉ tạo được một liên kết nên không thể làm nguyên tử trung tâm. Vậy P đứng giữa, nối với 3 nguyên tử H bằng 3 liên kết đơn. Bước này dùng hết 3 cặp electron (6 electron).
Bước 3: Đặt electron còn lại thành cặp riêng
Còn 8 − 6 = 2 electron, tức 1 cặp. Mỗi H đã đủ 2 electron (giống He) nên cặp này đặt lên P.
Bước 4: Kiểm tra quy tắc bát tử
Quanh P có 3 cặp liên kết + 1 cặp riêng = 8 electron, thoả mãn quy tắc octet. Mỗi H có 2 electron, thoả mãn quy tắc duet. Điện tích hình thức của P và H đều bằng 0, nên cấu trúc này là hợp lý.
| Đại lượng | Giá trị trong PH3 |
|---|---|
| Tổng electron hoá trị | 8 (4 cặp) |
| Số cặp electron liên kết | 3 |
| Số cặp electron riêng (trên P) | 1 |
| Số cặp electron riêng (trên H) | 0 |
| Loại liên kết | 3 liên kết đơn σ P–H |
| Hoá trị của P | 3 |
Dạng hình học của PH3 theo thuyết VSEPR
Quanh P có 4 vùng electron (3 liên kết + 1 cặp riêng), ứng với kiểu AX3E1. Bốn vùng này hướng về bốn đỉnh của một tứ diện, nhưng vì một vùng là cặp electron riêng nên hình dạng phân tử chỉ tính ba nguyên tử H: hình tháp tam giác (chóp tam giác), P ở đỉnh chóp.
Cặp electron riêng chiếm không gian lớn hơn cặp liên kết nên đẩy các liên kết P–H lại gần nhau hơn. Thực nghiệm cho góc H–P–H khoảng 93,5°, nhỏ hơn nhiều so với góc tứ diện lý tưởng 109,5°. Độ dài liên kết P–H xấp xỉ 142 pm.
PH3 có phân cực không?
Độ âm điện của P là 2,19 và của H là 2,20, hiệu chỉ khoảng 0,01. Theo thang hiệu độ âm điện thường dùng trong SGK, liên kết P–H là liên kết cộng hoá trị không cực (hoặc cực rất yếu).
Tuy phân tử có dạng tháp nên không triệt tiêu hoàn toàn momen lưỡng cực, và cặp electron riêng cũng góp phần, PH3 chỉ phân cực rất yếu (momen lưỡng cực cỡ 0,6 D). Đây là một lý do khiến PH3 tan rất ít trong nước và không tạo liên kết hiđro đáng kể như NH3.
So sánh Lewis và hình dạng của PH3 với NH3
Cả hai đều có 8 electron hoá trị, 3 liên kết đơn và 1 cặp riêng trên nguyên tử trung tâm, nên công thức Lewis viết giống hệt nhau. Điểm khác nằm ở góc liên kết và tính chất.
| Tiêu chí | NH3 | PH3 |
|---|---|---|
| Công thức Lewis | 3 liên kết + 1 cặp riêng trên N | 3 liên kết + 1 cặp riêng trên P |
| Dạng hình học | Tháp tam giác | Tháp tam giác |
| Góc liên kết | khoảng 107° | khoảng 93,5° |
| Độ âm điện nguyên tử trung tâm | 3,04 (lớn hơn H nhiều) | 2,19 (gần bằng H) |
| Liên kết hiđro giữa các phân tử | Có, rõ rệt | Hầu như không |
| Tính tan trong nước | Rất tan | Ít tan |
Vì sao góc HPH nhỏ hơn góc HNH? N có độ âm điện lớn, kéo các cặp liên kết lại gần mình nên chúng đẩy nhau mạnh, làm góc mở rộng (107°). Với P, các cặp liên kết nằm xa hạt nhân hơn và không bị kéo mạnh, lực đẩy giữa chúng yếu; cặp electron riêng lại chiếm ưu thế nên góc co lại còn khoảng 93,5°, gần với góc 90° giữa các orbital p.
Lưu ý về lai hoá của P trong PH3
Nhiều tài liệu cho P trong PH3 ở trạng thái lai hoá sp3 dựa trên 4 vùng electron. Tuy nhiên góc 93,5° cho thấy sự lai hoá trong PH3 rất yếu, liên kết P–H gần như hình thành từ orbital 3p của P. Nếu đề bài ở mức THPT hỏi “P lai hoá gì”, hãy làm theo hướng dẫn của sách giáo khoa và thầy cô; còn khi vẽ công thức Lewis thì phần này không ảnh hưởng đến kết quả.
Lỗi sai thường gặp khi viết công thức Lewis của PH3
- Quên cặp electron riêng trên P: chỉ vẽ H–P–H–H sẽ thiếu 2 electron. Luôn đếm lại tổng 8 electron.
- Đặt H làm nguyên tử trung tâm hoặc nối H–H: H chỉ tạo 1 liên kết.
- Vẽ phân tử phẳng theo hình chữ T hoặc tam giác phẳng: Lewis chỉ cho biết cách liên kết, hình thật là tháp tam giác.
- Cho P đủ 5 liên kết hoặc tạo bát tử mở rộng: PH3 không cần vì P đã đủ 8 electron.
- Nhầm góc liên kết với NH3: nhớ NH3 ≈ 107°, PH3 ≈ 93,5°.
Mẹo nhớ: nguyên tử nhóm VA liên kết với 3 nguyên tử H luôn có “3 liên kết + 1 cặp riêng”. Cứ thấy dạng XH3 với X thuộc nhóm VA (NH3, PH3, AsH3) là viết cùng một khung.
Bài tập luyện tập có đáp án
Bài 1
Trong phân tử PH3, có bao nhiêu cặp electron dùng chung và bao nhiêu cặp electron riêng toàn phân tử?
Đáp án: 3 cặp dùng chung (3 liên kết P–H) và 1 cặp riêng (trên P). Tổng 4 cặp = 8 electron, khớp với 5 + 3 = 8.
Bài 2
Viết công thức Lewis của ion PH4+ và cho biết dạng hình học.
Đáp án: Tổng electron hoá trị = 5 + 4 × 1 − 1 = 8 (4 cặp). Cả 4 cặp đều là cặp liên kết: P nối với 4 H bằng 4 liên kết đơn, P không còn cặp riêng (một liên kết được tạo bằng cặp electron của PH3 cho H+). Kiểu AX4 nên ion có dạng tứ diện đều, góc khoảng 109,5°.
Bài 3
Viết công thức Lewis của PCl3 và đếm tổng số cặp electron riêng.
Đáp án: Tổng electron hoá trị = 5 + 3 × 7 = 26. Dùng 6 electron cho 3 liên kết P–Cl, còn 20 electron = 10 cặp riêng: mỗi Cl có 3 cặp (9 cặp) và P có 1 cặp. Vậy có 10 cặp electron riêng; phân tử cũng có dạng tháp tam giác.
Bài 4
Giải thích vì sao PH3 ít tan trong nước hơn NH3.
Đáp án: Liên kết P–H gần như không phân cực và P có độ âm điện thấp nên PH3 không tạo được liên kết hiđro với nước. N có độ âm điện lớn nên NH3 tạo liên kết hiđro với H2O và tan rất nhiều.
Một số tính chất cần biết của PH3
- PH3 (photphin) là chất khí không màu, rất độc, có mùi tỏi hoặc cá ươn do lẫn tạp chất.
- Kém bền nhiệt, dễ bị oxi hoá, có tính khử mạnh.
- Phản ứng cháy trong oxi: 2PH3 + 4O2 → P2O5 + 3H2O (đun nóng hoặc bắt lửa, tạo khói trắng P2O5).
Câu hỏi thường gặp
Công thức electron của PH3 viết thế nào?
P ở giữa, mỗi H dùng chung một cặp electron với P và trên P còn một cặp electron riêng (hai chấm). Tổng cộng 8 electron hoá trị, tức 3 cặp liên kết và 1 cặp không liên kết.
PH3 có dạng hình học gì và góc liên kết bao nhiêu?
PH3 có dạng tháp tam giác (AX3E1 theo VSEPR). Góc H–P–H khoảng 93,5°, nhỏ hơn góc 107° của NH3 và nhỏ hơn góc tứ diện lý tưởng 109,5°.
Liên kết P–H trong PH3 có phân cực không?
Độ âm điện của P (2,19) và H (2,20) gần như bằng nhau nên liên kết P–H được xem là cộng hoá trị không cực hoặc phân cực rất yếu. Phân tử PH3 chỉ phân cực yếu.
Vì sao công thức Lewis của PH3 và NH3 giống nhau mà góc liên kết khác nhau?
Cả hai đều có 3 liên kết đơn và 1 cặp electron riêng trên nguyên tử trung tâm. Nhưng N có độ âm điện lớn làm các cặp liên kết đẩy nhau mạnh nên góc lớn hơn, còn P có độ âm điện nhỏ nên góc co lại còn khoảng 93,5°.