Công thức VSEPR của H2O, NH3 và SO2: cách viết và dạng hình học

Theo thuyết VSEPR: H2O có công thức AX2E2 (2 cặp liên kết, 2 cặp electron riêng, phân tử dạng chữ V, góc khoảng 104,5°); NH3 là AX3E (hình chóp tam giác, góc khoảng 107°); SO2 là AX2E (dạng chữ V, góc khoảng 119°). Cặp electron riêng chiếm nhiều chỗ nên làm góc liên kết bị ép nhỏ lại.

Công thức VSEPR của H2O, NH3, SO2 và cách viết

Trả lời nhanh

Theo thuyết VSEPR: H₂O có công thức AX₂E₂ (2 cặp liên kết, 2 cặp electron riêng, phân tử dạng chữ V, góc khoảng 104,5°); NH₃ là AX₃E (hình chóp tam giác, góc khoảng 107°); SO₂ là AX₂E (dạng chữ V, góc khoảng 119°). Cặp electron riêng chiếm nhiều chỗ nên làm góc liên kết bị ép nhỏ lại.

Công thức VSEPR (AXE) nghĩa là gì?

VSEPR là viết tắt của cụm từ tiếng Anh nói về sự đẩy nhau giữa các cặp electron lớp ngoài cùng của nguyên tử trung tâm. Ý tưởng rất đơn giản: các vùng electron mang điện âm nên đẩy nhau và sẽ tự sắp xếp sao cho cách xa nhau nhất có thể.

Để ghi gọn, người ta dùng kí hiệu AX_mE_n:

A: nguyên tử trung tâm.
X: nguyên tử liên kết với A; m là số nguyên tử X (số vùng liên kết).
E: cặp electron hoá trị riêng (chưa tham gia liên kết) trên A; n là số cặp đó.
m + n gọi là tổng số vùng electron quanh A, quyết định cách sắp xếp trong không gian.

Lưu ý quan trọng: liên kết đôi hay liên kết ba vẫn chỉ tính là một vùng liên kết, vì các cặp electron của cùng một liên kết nằm chung một hướng.

Các bước viết công thức VSEPR

Chọn nguyên tử trung tâm (thường là nguyên tử có độ âm điện nhỏ hơn, khác H).
Đếm số electron hoá trị của nguyên tử trung tâm.
Xác định số nguyên tử liên kết trực tiếp với nó → m (mỗi liên kết bất kể đơn, đôi, ba đều tính 1).
Tính số electron còn lại sau khi đã dùng cho liên kết, chia 2 → số cặp electron riêng n.
Viết AX_mE_n, tính m + n rồi tra dạng hình học.

Viết công thức VSEPR của H₂O

Nguyên tử trung tâm: O (cấu hình 2s²2p⁴, có 6 electron hoá trị).
O liên kết đơn với 2 nguyên tử H → m = 2, dùng hết 2 electron.
Còn 6 − 2 = 4 electron → 2 cặp electron riêng → n = 2.
Công thức: AX₂E₂, tổng m + n = 4.

Bốn vùng electron hướng về 4 đỉnh của một tứ diện, nhưng chỉ có 2 đỉnh có nguyên tử H, nên hình dạng phân tử là dạng chữ V (gấp khúc). Góc H–O–H khoảng 104,5°, nhỏ hơn góc tứ diện lí tưởng 109,5°.

Viết công thức VSEPR của NH₃

Nguyên tử trung tâm: N (2s²2p³, có 5 electron hoá trị).
N liên kết đơn với 3 nguyên tử H → m = 3, dùng 3 electron.
Còn 5 − 3 = 2 electron → 1 cặp electron riêng → n = 1.
Công thức: AX₃E, tổng m + n = 4.

Cũng là 4 vùng electron hướng về đỉnh tứ diện, nhưng chỉ 3 đỉnh có H nên phân tử có dạng hình chóp tam giác, N nằm ở đỉnh. Góc H–N–H khoảng 107°.

Viết công thức VSEPR của SO₂

Nguyên tử trung tâm: S (3s²3p⁴, có 6 electron hoá trị).
S tạo liên kết đôi với mỗi nguyên tử O (O=S=O không đúng, cấu tạo thực là O=S⟶O dạng gấp khúc, mỗi bên một liên kết đôi) → m = 2 vùng liên kết, dùng 4 electron của S.
Còn 6 − 4 = 2 electron → 1 cặp electron riêng → n = 1.
Công thức: AX₂E, tổng m + n = 3.

Ba vùng electron sắp xếp theo hình tam giác phẳng (góc lí tưởng 120°), trong đó 2 vùng là liên kết và 1 vùng là cặp electron riêng. Vì vậy phân tử SO₂ có dạng chữ V, góc O–S–O khoảng 119°. Phân tử không thẳng như CO₂ chính vì S còn cặp electron riêng.

Sơ đồ dạng hình học và công thức VSEPR của H2O, NH3 và SO2 — Dạng hình học của H2O (AX2E2), NH3 (AX3E) và SO2 (AX2E); các chấm vàng là cặp electron riêng.

Bảng tổng hợp

Phân tử	Công thức VSEPR	Tổng vùng e	Sắp xếp vùng e	Dạng phân tử	Góc liên kết
H₂O	AX₂E₂	4	Tứ diện	Chữ V	khoảng 104,5°
NH₃	AX₃E	4	Tứ diện	Chóp tam giác	khoảng 107°
SO₂	AX₂E	3	Tam giác phẳng	Chữ V	khoảng 119°

Vì sao góc H–O–H (104,5°) nhỏ hơn góc H–N–H (107°)?

Lực đẩy giữa các vùng electron không bằng nhau. Cặp electron riêng chỉ chịu hút bởi một hạt nhân nên “phình” rộng hơn, đẩy mạnh hơn cặp liên kết. Thứ tự lực đẩy:

cặp riêng – cặp riêng > cặp riêng – cặp liên kết > cặp liên kết – cặp liên kết

CH₄ (AX₄): không có cặp riêng, góc 109,5°.
NH₃: 1 cặp riêng đẩy 3 cặp liên kết lại gần nhau → 107°.
H₂O: 2 cặp riêng đẩy mạnh hơn → 104,5°.

Mẹo nhớ: càng nhiều cặp electron riêng thì góc càng “co” lại so với 109,5°.

Lai hoá có liên quan gì?

Nếu học thêm về lai hoá, bạn có thể đối chiếu: tổng vùng electron = 4 ứng với sp³ (O trong H₂O, N trong NH₃); tổng vùng = 3 ứng với sp² (S trong SO₂). Nhưng khi viết dạng hình học, chỉ cần đếm vùng electron là đủ.

Lỗi sai thường gặp

Nhầm “dạng phân tử” với “cách sắp xếp vùng electron”. H₂O sắp xếp tứ diện nhưng phân tử là chữ V; phải nói rõ hai khái niệm.
Đếm liên kết đôi thành 2 vùng. Với SO₂, m vẫn bằng 2 chứ không phải 4.
Quên cặp electron riêng. Nếu quên, bạn sẽ kết luận SO₂ thẳng và H₂O thẳng, đều sai.
Cho rằng chữ V luôn có góc 104,5°. Góc phụ thuộc số vùng electron: SO₂ cũng chữ V nhưng khoảng 119°.

Bài luyện tập có đáp án

Bài 1. Viết công thức VSEPR và dạng hình học của CO₂, CH₄.

Đáp án: CO₂: C có 4 electron hoá trị, tạo 2 liên kết đôi, không còn cặp riêng → AX₂, thẳng, 180°. CH₄: C tạo 4 liên kết đơn → AX₄, tứ diện đều, 109,5°.

Bài 2. Viết công thức VSEPR của H₂S và cho biết dạng phân tử.

Đáp án: S có 6 electron hoá trị, 2 liên kết với H, còn 4 electron → 2 cặp riêng. Công thức AX₂E₂, dạng chữ V, giống H₂O (góc thực tế nhỏ hơn, khoảng 92°).

Bài 3. SO₃ có 3 nguyên tử O liên kết với S và S không còn cặp riêng. Viết công thức VSEPR và dạng phân tử.

Đáp án: AX₃, tam giác phẳng, góc 120°. So với SO₂ (AX₂E), thêm một nguyên tử O thay chỗ cặp riêng nên phân tử phẳng đều.

Tóm tắt cần nhớ

H₂O: AX₂E₂ – chữ V – 104,5°.
NH₃: AX₃E – chóp tam giác – 107°.
SO₂: AX₂E – chữ V – 119°.
Cặp electron riêng đẩy mạnh hơn cặp liên kết nên làm góc liên kết nhỏ đi.

Câu hỏi thường gặp

Công thức VSEPR của H2O là gì?

Là AX2E2: nguyên tử O trung tâm có 2 cặp electron liên kết với H và 2 cặp electron riêng. Bốn vùng electron sắp xếp tứ diện, phân tử có dạng chữ V, góc H–O–H khoảng 104,5°.

Vì sao SO2 là AX2E mà không phải AX4?

Vì liên kết đôi S=O chỉ tính là một vùng liên kết. SO2 có 2 vùng liên kết và 1 cặp electron riêng, tổng 3 vùng, nên phân tử gấp khúc với góc khoảng 119°.

Vì sao góc liên kết của H2O nhỏ hơn NH3?

H2O có 2 cặp electron riêng còn NH3 chỉ có 1. Cặp riêng đẩy mạnh hơn cặp liên kết, nên H2O bị ép góc nhiều hơn: 104,5° so với 107°.

Dạng hình học của phân tử khác gì cách sắp xếp vùng electron?

Cách sắp xếp tính cả cặp electron riêng, còn dạng hình học phân tử chỉ mô tả vị trí các nguyên tử. Ví dụ NH3 sắp xếp tứ diện nhưng phân tử là hình chóp tam giác.