Công thức Lewis của SO3: cách vẽ theo octet, dạng mở rộng và hình học

Chuẩn bị: số electron hoá trị của S và O

S (Z = 16) có cấu hình 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴, O (Z = 8) có cấu hình 1s²2s²2p⁴. Cả hai cùng thuộc nhóm VIA nên đều có 6 electron hoá trị. Đây là điểm khiến SO₃ hơi khác các phân tử quen thuộc như H₂O hay CO₂: nguyên tử trung tâm và nguyên tử xung quanh có cùng số electron hoá trị, nên phải dựa vào độ âm điện để chọn nguyên tử trung tâm.

Vẽ công thức Lewis của SO₃ theo 5 bước

1. Tổng electron hoá trị: 6 (S) + 3 × 6 (O) = 24 electron, tức 12 cặp.
2. Chọn nguyên tử trung tâm: S có độ âm điện 2,58, nhỏ hơn O (3,44), nên S đứng giữa. Vẽ khung 3 liên kết đơn S–O, dùng hết 6 electron.
3. Hoàn thiện octet cho nguyên tử xung quanh: còn 24 − 6 = 18 electron, chia cho 3 nguyên tử O, mỗi O nhận 3 cặp (6 electron). Lúc này mỗi O đã đủ 8 electron và không còn electron nào thừa.
4. Kiểm tra nguyên tử trung tâm: quanh S mới có 3 cặp liên kết = 6 electron, còn thiếu 2 electron mới đủ octet.
5. Chuyển cặp riêng thành liên kết đôi: lấy 1 cặp electron riêng của một nguyên tử O đưa vào vùng liên kết, tạo liên kết đôi S=O. Khi đó S có 8 electron, O đó còn 2 cặp riêng.

Kiểm tra lại: 4 cặp liên kết (1 đôi + 2 đơn) + 8 cặp riêng (2 + 3 + 3) = 12 cặp = 24 electron. Khớp với bước 1, công thức đúng.

Vì sao còn gặp công thức SO₃ có 3 liên kết đôi?

S thuộc chu kì 3, có phân lớp 3d trống nên có thể chứa nhiều hơn 8 electron ở lớp vỏ hoá trị. Vì vậy nhiều tài liệu biểu diễn SO₃ với 3 liên kết đôi S=O, mỗi O có 2 cặp riêng, quanh S có 12 electron. Cách viết này làm điện tích hình thức của mọi nguyên tử bằng 0.

Tiêu chí	Dạng tuân theo octet	Dạng vượt octet
Liên kết	1 S=O, 2 S–O	3 S=O
Số electron quanh S	8	12
Cặp riêng trên S	0	0
Khi nào dùng	Bài tập yêu cầu viết theo quy tắc octet	Khi đề cho phép S mở rộng octet

Ở chương trình cũ, hai liên kết đơn trong dạng octet được vẽ bằng mũi tên S → O vì cặp electron dùng chung do S góp (liên kết cho – nhận). Dù viết theo cách nào, thực nghiệm cho thấy ba liên kết lưu huỳnh – oxygen trong SO₃ dài bằng nhau: liên kết đôi không cố định ở một nguyên tử O, mà ba cách đặt liên kết đôi cùng đóng góp (hiện tượng cộng hưởng).

Hình học phân tử và tính phân cực

Quanh S có 3 vùng electron (liên kết đôi chỉ tính là một vùng) và không có cặp riêng. Ba vùng này đẩy nhau ra xa nhất, nằm trên một mặt phẳng, cách đều nhau 120°: phân tử SO₃ có dạng tam giác phẳng, nguyên tử S lai hoá sp².

Hiệu độ âm điện giữa O và S là 3,44 − 2,58 = 0,86 nên mỗi liên kết S–O phân cực. Nhưng ba liên kết đối xứng quanh S, các phân cực triệt tiêu nhau, vì thế SO₃ là phân tử không phân cực. So sánh với SO₂: trên S của SO₂ còn 1 cặp riêng nên phân tử gấp khúc và phân cực.

Phân tử	Electron hoá trị	Cặp riêng trên S	Hình dạng	Phân cực?
SO2	18	1	Gấp khúc	Có
SO3	24	0	Tam giác phẳng	Không

Liên hệ tính chất hoá học của SO₃

• SO₃ là oxide acid, tác dụng mạnh với nước: SO₃ + H₂O → H₂SO₄ (phản ứng toả nhiệt mạnh).
• Trong công nghiệp, SO₃ được điều chế bằng cách oxi hoá SO₂: 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ (xúc tác V₂O₅, khoảng 450–500 °C). Phản ứng thuận nghịch, toả nhiệt.
• Nguyên tử S trong SO₃ không còn cặp electron riêng và mang phần điện tích dương, nên dễ bị các phân tử có cặp electron riêng (như H₂O) tấn công.

Lỗi sai hay gặp

• Đếm 24 electron nhưng vẽ 3 liên kết đơn và để S thiếu octet, quên bước chuyển cặp riêng thành liên kết đôi.
• Thêm cặp electron riêng lên S (nhầm với SO₂), làm tổng vượt 24 electron.
• Kết luận SO₃ phân cực chỉ vì liên kết S–O phân cực, quên xét tính đối xứng của phân tử.

Bài tập luyện tập có đáp án

Bài 1. Trong công thức Lewis dạng octet của SO₃, có tất cả bao nhiêu cặp electron chưa liên kết?

Đáp án: 8 cặp: O liên kết đôi có 2 cặp, mỗi O liên kết đơn có 3 cặp, S không có cặp nào (2 + 3 + 3 = 8).

Bài 2. Viết công thức Lewis của SO₂ theo quy tắc octet.

Đáp án: Tổng 6 + 2 × 6 = 18 electron. S ở giữa, 1 liên kết đôi S=O và 1 liên kết đơn S–O; O liên kết đôi có 2 cặp riêng, O liên kết đơn có 3 cặp riêng, S còn 1 cặp riêng. Kiểm tra: 3 cặp liên kết + 6 cặp riêng = 9 cặp = 18 electron.

Bài 3. Giải thích vì sao góc liên kết trong SO₃ lớn hơn trong SO₂.

Đáp án: SO₃ có 3 vùng electron, không có cặp riêng nên góc đúng 120°. SO₂ cũng có 3 vùng electron nhưng một vùng là cặp riêng, chiếm chỗ nhiều hơn và ép hai liên kết lại, nên góc OSO nhỏ hơn 120° một chút.

Câu hỏi thường gặp

Công thức Lewis của SO3 có mấy liên kết đôi?

Theo quy tắc octet, SO3 có 1 liên kết đôi S=O và 2 liên kết đơn S–O. Nếu cho phép S vượt octet, có thể viết 3 liên kết đôi S=O với 12 electron quanh S.

Nguyên tử S trong SO3 có cặp electron riêng không?

Không. Toàn bộ electron hoá trị quanh S đều tham gia liên kết, vì vậy phân tử SO3 có dạng tam giác phẳng.

SO3 là phân tử phân cực hay không phân cực?

SO3 không phân cực. Mỗi liên kết S–O đều phân cực, nhưng ba liên kết xếp đối xứng 120° quanh S nên các phân cực triệt tiêu nhau.

Tổng số electron hoá trị dùng để vẽ Lewis SO3 là bao nhiêu?

24 electron: S có 6 và mỗi nguyên tử O có 6, tổng 6 + 3 × 6 = 24, tương ứng 12 cặp electron.

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