Trả lời nhanh
Phân tử ozone O3 gồm ba nguyên tử oxygen xếp thành hình chữ V (gấp khúc), góc liên kết khoảng 117°. Công thức cấu tạo thường viết là O=O+–O−, trong đó nguyên tử oxygen ở giữa có một liên kết đôi, một liên kết cho – nhận. Khí ozone xuất hiện nhiều nhất ở tầng bình lưu, nơi nó hấp thụ tia cực tím có hại cho sinh vật.
Các bước viết công thức cấu tạo của O3
Ta viết công thức Lewis theo thứ tự quen thuộc, giống như xếp từng “viên gạch” electron.
- Đếm electron hoá trị: mỗi nguyên tử O có 6 electron hoá trị, ba nguyên tử là 3 × 6 = 18 electron.
- Xếp khung: O – O – O, nguyên tử ở giữa là nguyên tử trung tâm.
- Mỗi nguyên tử cần đủ 8 electron. Nếu chỉ dùng liên kết đơn, nguyên tử trung tâm sẽ thiếu electron, nên ta chuyển một cặp electron tự do của nguyên tử bên cạnh thành cặp liên kết thứ hai.
- Tính điện tích hình thức: nguyên tử trung tâm mang +1, nguyên tử O chỉ có liên kết đơn mang −1, nguyên tử O liên kết đôi mang 0.
Vì sao có hai công thức mà chỉ một phân tử?
Liên kết đôi có thể nằm ở bên trái hoặc bên phải, nên ta có hai công thức giới hạn tương đương. Thực nghiệm đo được hai liên kết O–O dài bằng nhau, khoảng 128 pm: ngắn hơn liên kết đơn O–O (khoảng 148 pm trong H2O2) nhưng dài hơn liên kết đôi trong O2 (khoảng 121 pm). Điều đó cho thấy cấu trúc thật là sự “lai” của cả hai dạng, gọi là cộng hưởng. Mỗi liên kết O–O có bậc khoảng 1,5.
Phân tử ozone phân cực yếu vì electron không dồn đều về hai phía, nên ozone tan trong nước nhiều hơn oxi.
Ozone nằm ở tầng nào của khí quyển?
Câu hỏi gốc nói ozone là khí có tính oxi hoá mạnh, rồi hỏi nó xuất hiện ở tầng nào. Đáp án là tầng bình lưu, ở độ cao khoảng 15–35 km, đậm đặc nhất quanh 20–30 km. Ở đó, tia cực tím phân cắt O2 thành nguyên tử O, nguyên tử O kết hợp với O2 tạo O3:
- O2 → 2O (tia cực tím)
- O + O2 → O3
Lớp ozone hấp thụ phần lớn tia UV-B và gần như toàn bộ UV-C, bảo vệ da, mắt và hệ sinh thái. Các khí CFC làm phân huỷ ozone theo chu trình có chất xúc tác chlorine (Cl + O3 → ClO + O2), vì thế nhiều quốc gia đã ngừng sản xuất chúng. Cần phân biệt: ozone ở sát mặt đất lại là chất gây ô nhiễm, không phải “lá chắn”.
Tính chất hoá học liên quan đến cấu tạo
Liên kết O–O trong ozone kém bền, dễ tách ra nguyên tử oxygen hoạt động, nên ozone oxi hoá mạnh hơn O2.
- 2KI + O3 + H2O → 2KOH + I2 + O2 (iodine sinh ra làm hồ tinh bột chuyển xanh, dùng để nhận biết ozone).
- 2Ag + O3 → Ag2O + O2 (oxi thường không oxi hoá được bạc ở nhiệt độ thường).
- 2O3 → 3O2 (ozone tự phân huỷ, nhanh hơn khi đun nóng).
- 3O2 ⇌ 2O3 (tia lửa điện hoặc tia cực tím).
Lỗi sai thường gặp
- Viết O–O–O với toàn liên kết đơn và bỏ qua điện tích hình thức.
- Vẽ phân tử thẳng như CO2; thực tế O3 gấp khúc vì nguyên tử trung tâm còn một cặp electron không liên kết.
- Nhầm tầng đối lưu với tầng bình lưu khi nói về “lớp ozone”.
Mẹo nhớ
“Ba oxy, mười tám electron, một đôi một đơn, trung tâm cộng một, đầu đơn trừ một.”
Luyện tập
- Tổng số electron hoá trị cần biểu diễn trong O3 là bao nhiêu? Đáp án: 18.
- Một hỗn hợp O2 và O3 có tỉ khối so với H2 bằng 19,2. Tính phần trăm thể tích O3. Đáp án: M = 38,4; gọi x là phần mol O3: 48x + 32(1 − x) = 38,4 nên x = 0,4, tức 40%.
- Cần bao nhiêu lít O2 (cùng điều kiện) để tạo được 2,4 lít O3 theo phản ứng 3O2 → 2O3? Đáp án: 3,6 lít.
Câu hỏi thường gặp
Công thức cấu tạo của O3 viết thế nào?
Viết là O=O⁺–O⁻ (hoặc dạng cộng hưởng O⁻–O⁺=O). Phân tử gấp khúc, góc khoảng 117°, nguyên tử oxygen ở giữa còn một cặp electron không liên kết.
Ozone có bao nhiêu liên kết và bậc liên kết là bao nhiêu?
Phân tử có hai liên kết O–O giống hệt nhau. Nhờ cộng hưởng, mỗi liên kết có bậc khoảng 1,5 chứ không phải một liên kết đôi và một liên kết đơn riêng biệt.
Ozone ở tầng nào của khí quyển?
Ozone tập trung chủ yếu ở tầng bình lưu, độ cao khoảng 15–35 km, tạo thành lớp hấp thụ tia cực tím từ Mặt Trời.
Làm sao nhận biết khí ozone trong phòng thí nghiệm?
Dùng giấy tẩm dung dịch KI và hồ tinh bột: ozone oxi hoá KI tạo iodine nên giấy chuyển sang màu xanh.