Công thức Lewis của NH3: cách vẽ từng bước, hình học và lai hoá

Ba cách biểu diễn phân tử NH₃ cần phân biệt

Nhiều em mất điểm vì trộn lẫn ba loại công thức. Hãy nhớ: công thức Lewis là công thức electron đã thay mỗi cặp electron dùng chung bằng một gạch nối, còn các cặp electron riêng vẫn giữ nguyên dạng dấu chấm.

Loại công thức	Cách thể hiện với NH3	Có cặp electron riêng?
Công thức electron	Mỗi electron là một dấu chấm; giữa N và mỗi H có 2 chấm (1 cặp chung)	Có (2 chấm trên N)
Công thức Lewis	3 gạch N–H, trên N có 2 chấm	Có
Công thức cấu tạo	Chỉ có 3 gạch nối N–H	Không ghi

Cách vẽ công thức Lewis của NH₃ theo 4 bước

1. Đếm tổng số electron hoá trị. N (Z = 7) có cấu hình 1s²2s²2p³ nên có 5 electron hoá trị; mỗi H có 1. Tổng: 5 + 3 × 1 = 8 electron, tức 4 cặp.
2. Chọn nguyên tử trung tâm và vẽ khung. H chỉ tạo được 1 liên kết nên không bao giờ đứng ở trung tâm. Đặt N ở giữa, nối với 3 H bằng 3 liên kết đơn, tiêu tốn 3 × 2 = 6 electron.
3. Phân phối electron còn lại. Còn 8 − 6 = 2 electron. Các nguyên tử H đã đủ 2 electron, nên 2 electron này đặt thành 1 cặp riêng trên N.
4. Kiểm tra octet. Quanh N có 3 cặp liên kết + 1 cặp riêng = 8 electron. Đủ octet nên không cần tạo liên kết đôi.

Mẹo kiểm tra nhanh: lấy tổng electron hoá trị trừ đi số electron đã nằm trong liên kết, phần còn lại phải đúng bằng số electron em vẽ thành cặp riêng. Với NH₃: 8 − 6 = 2, khớp với 1 cặp riêng.

Từ công thức Lewis suy ra hình học phân tử

Quanh nguyên tử N có 4 vùng electron (3 cặp liên kết, 1 cặp riêng). Bốn vùng này đẩy nhau và phân bố về 4 đỉnh của một tứ diện; nguyên tử N ở trạng thái lai hoá sp³. Tuy nhiên, khi gọi tên hình dạng ta chỉ nhìn vị trí các nguyên tử, nên NH₃ có dạng chóp tam giác: N ở đỉnh, 3 nguyên tử H tạo thành đáy.

Cặp electron riêng chỉ chịu hút bởi một hạt nhân nên chiếm chỗ rộng hơn cặp liên kết. Nó ép các liên kết N–H lại gần nhau, làm góc HNH giảm từ 109,5° (tứ diện đều) xuống khoảng 107°.

Phân tử	Tổng electron hoá trị	Cặp riêng trên nguyên tử trung tâm	Hình dạng	Góc liên kết
CH4	8	0	Tứ diện	109,5°
NH3	8	1	Chóp tam giác	khoảng 107°
H2O	8	2	Gấp khúc (chữ V)	khoảng 104,5°

Bảng trên cho thấy một quy luật dễ nhớ: cùng 8 electron hoá trị, càng nhiều cặp electron riêng thì góc liên kết càng hẹp.

Công thức Lewis giải thích tính chất của ammonia như thế nào?

• Liên kết phân cực, phân tử phân cực. Độ âm điện của N (3,04) lớn hơn H (2,20), hiệu 0,84 nên liên kết N–H là liên kết cộng hoá trị phân cực. Do có dạng chóp, các liên kết không triệt tiêu nhau, phân tử NH₃ phân cực.
• Tạo liên kết hydrogen. Nguyên tử H gắn với N có độ âm điện lớn, còn N lại có cặp electron riêng, nên các phân tử NH₃ hút nhau bằng liên kết hydrogen. Vì vậy ammonia có nhiệt độ sôi khoảng −33 °C, cao hơn hẳn PH₃, và tan rất nhiều trong nước.
• Tính base. Cặp electron riêng trên N có thể nhận ion H⁺ tạo ion ammonium: NH₃ + H⁺ → NH₄⁺. Ví dụ, khí NH₃ gặp khí HCl tạo khói trắng: NH₃ + HCl → NH₄Cl. Trong ion NH₄⁺, liên kết thứ tư hình thành theo kiểu cho – nhận (cặp electron do N góp).

Lỗi sai thường gặp khi vẽ Lewis NH₃

• Quên cặp electron riêng trên N. Khi đó N chỉ có 6 electron, sai quy tắc octet, và không giải thích được dạng chóp.
• Vẽ NH₃ phẳng như BF₃. BF₃ không có cặp riêng trên B nên phẳng; NH₃ có cặp riêng nên là chóp.
• Đếm thiếu electron hoá trị của N (lấy 3 thay vì 5 vì chỉ nhìn số liên kết). Hãy tính từ nhóm VA: 5 electron lớp ngoài cùng.
• Đặt dấu chấm quanh H. H chỉ có 2 electron trong liên kết, không có cặp riêng.

Bài tập luyện tập có đáp án

Bài 1. Viết công thức Lewis của PH₃. So sánh với NH₃.

Đáp án: P cùng nhóm với N, có 5 electron hoá trị. Tổng 5 + 3 = 8 electron; P ở trung tâm, 3 liên kết P–H và 1 cặp riêng trên P. Công thức Lewis có cùng dạng với NH₃, nhưng PH₃ hầu như không tạo liên kết hydrogen nên sôi ở nhiệt độ thấp hơn nhiều.

Bài 2. Tính tổng số electron hoá trị của ion NH₄⁺ và cho biết trên N còn cặp electron riêng không.

Đáp án: 5 + 4 × 1 − 1 = 8 electron (trừ 1 vì ion mang điện tích +1). Cả 4 cặp đều dùng cho 4 liên kết N–H, nên N không còn cặp riêng; ion có dạng tứ diện đều.

Bài 3. Trong công thức Lewis của NH₃, tổng số cặp electron chưa liên kết của cả phân tử là bao nhiêu?

Đáp án: 1 cặp (chỉ nằm trên N; các nguyên tử H không có cặp riêng).

Câu hỏi thường gặp

Công thức Lewis của NH3 có bao nhiêu cặp electron riêng?

Có 1 cặp electron riêng, nằm trên nguyên tử N. Ba cặp còn lại là cặp electron dùng chung trong 3 liên kết N–H.

Vì sao NH3 có dạng chóp tam giác chứ không phải tam giác phẳng?

Quanh N có 4 vùng electron (3 liên kết và 1 cặp riêng) phân bố theo tứ diện. Chỉ tính vị trí các nguyên tử thì N ở đỉnh, 3 H ở đáy, tạo hình chóp tam giác với góc khoảng 107°.

Nguyên tử N trong NH3 lai hoá kiểu gì?

N lai hoá sp3 vì có 4 vùng electron xung quanh: 3 cặp liên kết và 1 cặp electron riêng.

Công thức Lewis khác công thức cấu tạo của NH3 ở điểm nào?

Công thức Lewis có thể hiện cặp electron riêng trên N bằng 2 dấu chấm, còn công thức cấu tạo chỉ vẽ 3 gạch nối N–H.

Bài học liên quan

• Cân bằng phương trình FexOy + O2 → Fe2O3 bằng thăng bằng electron (có bài tập)
• Công thức electron của CO, công thức Lewis và công thức cấu tạo của CO theo chương trình mới
• Công thức Lewis của H2S, công thức electron H2S theo chương trình mới đầy đủ nhất
• SO2 + Ba(OH)2 → Ba(HSO3)2: phương trình, hiện tượng và cách xét tỉ lệ
• Cân bằng KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2 bằng phương pháp thăng bằng electron
• Công thức Lewis của CO: liên kết ba, liên kết cho – nhận và cách vẽ