Trả lời nhanh
Nguyên tử lưu huỳnh (S) trung tâm trong SO2 ở trạng thái lai hóa sp2. S tạo 2 liên kết σ với 2 nguyên tử O và còn 1 cặp electron tự do, tổng cộng 3 vùng electron nên cần 3 obitan lai hóa sp2. Phân tử có dạng gấp khúc, góc liên kết O–S–O khoảng 119°.
Cách dự đoán lai hóa của nguyên tử trung tâm
Để xác định lai hóa của nguyên tử trung tâm, ta đếm số obitan lai hóa cần dùng theo công thức:
Số obitan lai hóa = số liên kết σ + số cặp electron hóa trị tự do của nguyên tử trung tâm.
Liên kết đôi hay liên kết ba chỉ có một liên kết σ, các liên kết còn lại là π và không tham gia lai hóa. Sau khi đếm xong, đối chiếu bảng sau:
| Số obitan lai hóa | Kiểu lai hóa | Dạng hình học của các vùng electron | Góc điển hình |
|---|---|---|---|
| 2 | sp | Đường thẳng | 180° |
| 3 | sp2 | Tam giác phẳng | 120° |
| 4 | sp3 | Tứ diện | 109,5° |
Giải chi tiết lai hóa của S trong SO2
- Công thức cấu tạo: O=S=O, trong đó S còn một cặp electron tự do (biểu diễn theo cách khác là S=O và S→O, kết quả đếm σ không đổi).
- Đếm liên kết σ: S liên kết với 2 nguyên tử O, mỗi liên kết có đúng 1 liên kết σ, vậy có 2 liên kết σ.
- Đếm cặp electron tự do trên S: S có 6 electron hóa trị, dùng để tạo liên kết với hai O, và còn lại 1 cặp electron tự do.
- Tổng: 2 + 1 = 3 obitan lai hóa, tức là lai hóa sp2.
- Hình dạng: 3 obitan sp2 hướng về 3 đỉnh của tam giác phẳng, hai obitan tạo σ với O, một obitan chứa cặp electron tự do. Vì chỉ có hai nguyên tử O nên phân tử gấp khúc, không thẳng.
Obitan p chưa lai hóa của S xen phủ bên với obitan p của O, hình thành phần liên kết π nằm trên và dưới mặt phẳng phân tử.
Vì sao góc O–S–O nhỏ hơn 120°?
Cặp electron tự do chiếm không gian lớn hơn cặp electron liên kết, nên đẩy hai liên kết S=O lại gần nhau hơn. Vì vậy góc OSO trong SO2 chỉ khoảng 119°, hơi nhỏ hơn góc 120° của tam giác phẳng lí tưởng.
Áp dụng cho một số phân tử khác
Các ví dụ dưới đây dùng cùng một cách đếm, giúp em so sánh với SO2:
| Phân tử | Nguyên tử trung tâm | Số σ | Cặp e tự do | Lai hóa | Dạng phân tử |
|---|---|---|---|---|---|
| SO2 | S | 2 | 1 | sp2 | Gấp khúc |
| SO3 | S | 3 | 0 | sp2 | Tam giác phẳng |
| CO2 | C | 2 | 0 | sp | Thẳng |
| H2O | O | 2 | 2 | sp3 | Gấp khúc |
| NH3 | N | 3 | 1 | sp3 | Chóp tam giác |
| CH4 | C | 4 | 0 | sp3 | Tứ diện đều |
Nhận xét: SO2 và SO3 cùng lai hóa sp2 nhưng hình dạng khác nhau vì SO2 có cặp electron tự do còn SO3 thì không. Tương tự, H2O và SO2 đều gấp khúc nhưng khác kiểu lai hóa.
Lỗi sai thường gặp
- Đếm cả liên kết π: thấy O=S=O có 4 liên kết rồi kết luận sp3. Chỉ đếm liên kết σ.
- Quên cặp electron tự do: chỉ thấy 2 liên kết σ và kết luận sp, dẫn đến phân tử thẳng như CO2. Nhớ cộng thêm cặp electron tự do trên S.
- Nhầm lai hóa với hình dạng phân tử: lai hóa mô tả sự sắp xếp của mọi vùng electron, còn hình dạng phân tử chỉ tính các nguyên tử.
Mẹo nhớ: “σ cộng cặp tự do bằng 3 là sp2“. Gặp 2, 3, 4 thì nhớ sp, sp2, sp3.
Bài luyện tập
- Dự đoán lai hóa của S trong H2S.
- Dự đoán lai hóa của B trong BF3 và dạng hình học của phân tử.
- Vì sao SO3 không có cực còn SO2 có cực?
Đáp án:
- S có 2 liên kết σ với H và 2 cặp electron tự do, tổng 4, nên lai hóa sp3 (phân tử gấp khúc).
- B có 3 liên kết σ, không có cặp electron tự do, tổng 3, nên lai hóa sp2, phân tử tam giác phẳng, góc F–B–F bằng 120°.
- SO3 có dạng tam giác phẳng đối xứng, các momen lưỡng cực liên kết triệt tiêu nhau. SO2 gấp khúc nên các momen lưỡng cực không triệt tiêu, phân tử có cực.
Câu hỏi thường gặp
SO2 có lai hóa gì?
Nguyên tử S trong SO2 lai hóa sp2, vì có 2 liên kết σ với O và 1 cặp electron tự do, tổng cộng 3 obitan lai hóa.
Vì sao SO2 có dạng gấp khúc dù S lai hóa sp2?
Ba obitan sp2 hướng về ba đỉnh tam giác phẳng nhưng một obitan chứa cặp electron tự do, nên chỉ còn hai nguyên tử O liên kết và phân tử có hình chữ V.
SO2 và SO3 khác nhau thế nào về lai hóa và hình dạng?
Cả hai đều lai hóa sp2. SO2 có một cặp electron tự do nên gấp khúc, góc khoảng 119°. SO3 không có cặp electron tự do nên là tam giác phẳng, góc 120°.
Có đếm liên kết π khi xác định lai hóa không?
Không. Chỉ đếm liên kết σ và cặp electron tự do của nguyên tử trung tâm. Liên kết π được tạo từ các obitan p chưa lai hóa.