Trả lời nhanh
Công thức Lewis của H2 là H:H, viết gọn theo kiểu công thức cấu tạo là H–H. Mỗi nguyên tử hiđro có 1 electron hoá trị và góp chung 1 electron để tạo một cặp electron liên kết. Nhờ vậy mỗi nguyên tử H có 2 electron ở lớp ngoài cùng, giống khí hiếm heli. Phân tử không còn cặp electron riêng nào.
Công thức Lewis của H2 được viết thế nào?
Công thức Lewis biểu diễn electron hoá trị của nguyên tử trong phân tử bằng dấu chấm hoặc gạch nối. Với phân tử hiđro, ta có hai cách viết tương đương:
- Dạng dấu chấm: H:H (hai chấm giữa hai nguyên tử là một cặp electron dùng chung).
- Dạng gạch nối: H–H (một gạch ngang thay cho một cặp electron chung, còn gọi là công thức cấu tạo).
Cả hai cách đều cho biết phân tử H2 có một liên kết đơn và không có cặp electron không liên kết.
Vì sao H2 chỉ cần một cặp electron chung?
Nguyên tử hiđro (Z = 1) có cấu hình electron 1s1, tức là chỉ có 1 electron ở lớp K. Lớp K chứa tối đa 2 electron, nên H cần thêm đúng 1 electron để đạt cấu hình bền của heli (1s2).
Hai nguyên tử H đều “thiếu” 1 electron như nhau, không nguyên tử nào đủ sức giành electron của nguyên tử kia. Cách duy nhất là góp chung mỗi bên 1 electron, tạo thành một cặp electron dùng chung. Đó chính là liên kết cộng hoá trị.
Quá trình có thể viết dưới dạng:
H· + ·H → H:H, hay 2H(g) → H2(g) kèm theo toả nhiệt (năng lượng liên kết H–H khoảng 436 kJ/mol).
Đây là quy tắc duet, không phải quy tắc octet
Phần lớn nguyên tố nhóm A tuân theo quy tắc octet (đủ 8 electron lớp ngoài cùng). Riêng hiđro, lớp ngoài cùng là lớp K nên chỉ chứa tối đa 2 electron. Vì vậy H tuân theo quy tắc duet. Nếu em vẽ thêm các chấm để H có 8 electron thì công thức đó sai.
Đặc điểm của liên kết trong phân tử H2
| Đặc điểm | Nội dung |
|---|---|
| Loại liên kết | Cộng hoá trị (đơn, 1 cặp electron chung) |
| Độ phân cực | Không phân cực, vì hai nguyên tử giống nhau nên độ âm điện bằng nhau (hiệu độ âm điện bằng 0) |
| Kiểu xen phủ | Hai AO 1s xen phủ trục, tạo liên kết σ (sigma) |
| Độ dài liên kết | Khoảng 0,074 nm |
| Năng lượng liên kết | Khoảng 436 kJ/mol |
Liên kết σ hình thành khi hai orbital xen phủ theo trục nối hai hạt nhân. Mật độ electron tập trung nhiều ở vùng giữa hai hạt nhân, kéo hai hạt nhân lại gần nhau và giữ phân tử bền.
Các bước viết công thức Lewis cho một phân tử bất kì
Ví dụ H2 quá đơn giản, nên em hãy nhớ quy trình tổng quát để áp dụng cho phân tử khác:
- Tính tổng số electron hoá trị của tất cả nguyên tử (H2: 1 + 1 = 2 electron).
- Xếp các nguyên tử, nối bằng liên kết đơn (mỗi gạch dùng 2 electron). H2 dùng hết 2 electron ở bước này.
- Phân bố electron còn lại thành cặp riêng cho các nguyên tử để đủ octet (hiđro đủ duet).
- Nếu nguyên tử nào chưa đủ, chuyển cặp riêng thành liên kết đôi hoặc ba.
- Kiểm tra lại tổng electron đã dùng bằng tổng ban đầu.
Với H2, bước 3 và 4 không cần làm vì hai nguyên tử đã đủ duet ngay sau bước 2.
So sánh với một số phân tử khác
Đặt H2 cạnh các phân tử quen thuộc sẽ giúp em thấy rõ vì sao nó đơn giản nhất.
| Phân tử | Tổng electron hoá trị | Công thức Lewis (dạng gạch) | Cặp electron riêng |
|---|---|---|---|
| H2 | 2 | H–H | Không có |
| Cl2 | 14 | Cl–Cl | 3 cặp trên mỗi Cl |
| O2 | 12 | O=O | 2 cặp trên mỗi O |
| N2 | 10 | N≡N | 1 cặp trên mỗi N |
| HCl | 8 | H–Cl | 3 cặp trên Cl |
| H2O | 8 | H–O–H | 2 cặp trên O |
| NH3 | 8 | H–N(–H)–H | 1 cặp trên N |
| CH4 | 8 | C liên kết đơn với 4 H | Không có |
Mẹo nhớ: H luôn chỉ tạo 1 liên kết và không bao giờ có cặp electron riêng trong các phân tử trên. Gặp nguyên tử H trong công thức Lewis, em chỉ cần vẽ một gạch nối đến nó.
Lỗi sai thường gặp
- Viết H=H hoặc H≡H: sai, vì H chỉ cần thêm 1 electron nên chỉ có liên kết đơn.
- Thêm cặp electron riêng cho H: sai, vì lớp K đã đủ 2 electron khi có một cặp liên kết.
- Đếm đủ 8 electron cho H: nhầm duet với octet.
- Viết H·H (chỉ 1 chấm) hoặc H:H:H: sai số electron; tổng phải bằng 2 và mỗi nguyên tử chỉ liên kết với một nguyên tử khác.
- Nhầm với ion H+, H–: hiđro trong H2 là phân tử trung hoà, không có điện tích.
Liên hệ tính chất của hiđro
Do liên kết không phân cực và lực hút giữa các phân tử rất yếu, H2 là chất khí không màu, không mùi, nhẹ nhất trong các khí và rất khó hoá lỏng (sôi ở khoảng −253 °C). Ngược lại, liên kết H–H khá bền nên ở điều kiện thường H2 khá trơ, cần đun nóng hoặc có xúc tác mới phản ứng. Ví dụ phản ứng với clo:
H2 + Cl2 → 2HCl (có ánh sáng hoặc đun nóng; hỗn hợp có thể nổ). Ở đây liên kết H–H và Cl–Cl bị phá vỡ, hình thành hai liên kết H–Cl phân cực.
Bài luyện tập có đáp án
Bài 1. Phân tử H2 có bao nhiêu cặp electron dùng chung và bao nhiêu cặp electron riêng?
Đáp án: 1 cặp electron dùng chung, 0 cặp electron riêng (tổng chỉ có 2 electron hoá trị).
Bài 2. Viết công thức Lewis của Cl2 và so sánh với H2.
Đáp án: Mỗi Cl có 7 electron hoá trị nên cần góp 1 electron: Cl–Cl, mỗi nguyên tử Cl còn 3 cặp electron riêng. Giống H2 ở chỗ đều là liên kết đơn không phân cực; khác ở chỗ Cl2 có cặp electron riêng và tuân theo octet.
Bài 3. Viết công thức Lewis của H2O. Có mấy cặp electron riêng?
Đáp án: Tổng electron hoá trị = 2×1 + 6 = 8. H–O–H, trên O còn 2 cặp electron riêng (4 electron liên kết dùng 2 liên kết đơn, 4 electron còn lại thành 2 cặp riêng).
Bài 4 (vận dụng). Vì sao không tồn tại phân tử He2 trong điều kiện thường?
Đáp án: Mỗi nguyên tử He đã có 2 electron ở lớp K (cấu hình bền), không cần góp thêm electron để đạt cấu hình khí hiếm nên không tạo liên kết cộng hoá trị. Khí heli tồn tại ở dạng nguyên tử riêng lẻ.
Bài 5. Chọn phát biểu đúng về H2: (A) có liên kết đôi; (B) có liên kết cộng hoá trị không phân cực; (C) mỗi H có 8 electron lớp ngoài; (D) có 2 cặp electron riêng.
Đáp án: B. A sai vì chỉ có liên kết đơn; C sai vì H theo quy tắc duet (2 electron); D sai vì không có cặp electron riêng.
Ghi nhớ nhanh
- Công thức Lewis của H2: H:H hay H–H.
- Tổng electron hoá trị: 2; một cặp chung, không có cặp riêng.
- H tuân theo quy tắc duet (2 electron), không phải octet.
- Liên kết cộng hoá trị đơn, không phân cực, kiểu σ (xen phủ s–s).
Câu hỏi thường gặp
Công thức Lewis của H2 là gì?
Là H:H, viết gọn H–H. Hai nguyên tử H dùng chung một cặp electron, tạo liên kết cộng hoá trị đơn và không có cặp electron riêng.
Vì sao H trong phân tử H2 chỉ có 2 electron mà vẫn bền?
Lớp K (lớp ngoài cùng của H) chứa tối đa 2 electron. Khi góp chung một cặp, mỗi H có cấu hình giống khí hiếm heli (1s²) nên bền, theo quy tắc duet.
Liên kết trong phân tử H2 có phân cực không?
Không. Hai nguyên tử giống nhau có độ âm điện bằng nhau, cặp electron chung nằm đều giữa hai hạt nhân nên liên kết cộng hoá trị không phân cực.
Công thức electron và công thức Lewis của H2 có khác nhau không?
Ở mức THPT, công thức electron (H:H) chính là công thức Lewis dạng dấu chấm. Thay cặp electron chung bằng một gạch nối thì được công thức cấu tạo H–H.