Trả lời nhanh
Công thức Lewis của CO là :C≡O:. Phân tử có 10 electron hoá trị (C góp 4, O góp 6), tạo một liên kết ba giữa C và O, mỗi nguyên tử còn một cặp electron riêng. Trong liên kết ba có 2 cặp electron góp chung và 1 cặp cho – nhận do O cung cấp, nhờ vậy cả C và O đều đạt octet.
CO là trường hợp đặc biệt cần chú ý
Với đa số phân tử, mỗi cặp electron liên kết do hai nguyên tử cùng góp. Carbon monoxide thì khác: nếu chỉ dùng electron “góp đều”, carbon không thể đủ 8 electron. Vì vậy CO là ví dụ kinh điển để học về liên kết cho – nhận trong chương trình Hoá học 10.
Cấu hình electron lớp ngoài: C (Z = 6) là 2s22p2, có 4 electron hoá trị; O (Z = 8) là 2s22p4, có 6 electron hoá trị.
Cách vẽ công thức Lewis của CO qua 4 bước
- Đếm tổng electron hoá trị: 4 + 6 = 10 electron, tức 5 cặp.
- Vẽ khung và nối liên kết đơn: C–O dùng 1 cặp, còn lại 8 electron.
- Điền electron còn lại: ưu tiên nguyên tử có độ âm điện lớn hơn là O, cho O thêm 3 cặp (đủ 8 electron); 2 electron cuối cùng đặt lên C. Lúc này C mới có 4 electron xung quanh, thiếu octet.
- Chuyển cặp electron riêng thành liên kết: lần lượt chuyển 2 cặp electron riêng của O thành liên kết chung với C. Kết quả là liên kết ba C≡O, C còn 1 cặp riêng, O còn 1 cặp riêng; cả hai nguyên tử đều có 8 electron.
Kiểm tra: 3 liên kết × 2 + 2 cặp riêng × 2 = 6 + 4 = 10 electron, đúng bằng tổng ở bước 1.
Vì sao không vẽ C=O?
Nếu vẽ liên kết đôi C=O và cho O hai cặp electron riêng, O đủ 8 electron nhưng C chỉ có 4 electron liên kết + 2 electron riêng = 6 electron. C vi phạm quy tắc octet, nên cấu trúc này kém bền hơn. Chỉ khi O “cho” thêm một cặp electron để tạo liên kết thứ ba, C mới đủ 8 electron.
Liên kết ba trong CO gồm những gì?
| Thành phần | Số lượng | Nguồn gốc electron |
|---|---|---|
| Liên kết cộng hoá trị góp chung | 2 | Mỗi cặp gồm 1 electron của C và 1 electron của O |
| Liên kết cho – nhận | 1 | Cả 2 electron đều của O, C nhận vào obitan trống |
| Liên kết σ | 1 | Liên kết đầu tiên giữa hai nguyên tử |
| Liên kết π | 2 | Hai liên kết còn lại |
Một khi đã hình thành, ba cặp electron liên kết trong CO không còn phân biệt được với nhau; cách chia “góp chung” và “cho – nhận” chỉ giúp giải thích nguồn gốc electron. Trong công thức cấu tạo, người ta có thể vẽ một trong ba nét liên kết thành mũi tên hướng từ O sang C để chỉ cặp cho – nhận.
Mở rộng: điện tích hình thức và tính chất của CO
Điện tích hình thức = số electron hoá trị − số electron riêng − số liên kết. Với C: 4 − 2 − 3 = −1; với O: 6 − 2 − 3 = +1. Tổng bằng 0, đúng với phân tử trung hoà.
- Phân tử gần như không phân cực: O có độ âm điện lớn hơn kéo electron về phía mình, nhưng cặp cho – nhận lại đẩy mật độ electron về phía C. Hai hiệu ứng gần bù trừ nhau nên moment lưỡng cực của CO rất nhỏ.
- Liên kết rất bền: liên kết ba làm CO có năng lượng liên kết thuộc loại lớn nhất giữa hai nguyên tử, khoảng 1070 kJ/mol.
- Vì sao CO độc: cặp electron riêng trên C dễ “cho” vào ion sắt trong hemoglobin, gắn chặt hơn nhiều so với O2, làm máu giảm khả năng vận chuyển oxygen.
So sánh với các phân tử, ion có cùng số electron
| Chất | Tổng e hoá trị | Công thức Lewis | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| CO | 10 | :C≡O: | Có 1 liên kết cho – nhận |
| N2 | 10 | :N≡N: | Ba cặp đều góp chung, không phân cực |
| CN− | 4 + 5 + 1 = 10 | [:C≡N:]− | Ion, cần đặt trong ngoặc vuông kèm điện tích |
| CO2 | 16 | O=C=O (mỗi O có 2 cặp riêng) | Hai liên kết đôi, C không có cặp riêng |
Mẹo nhớ: CO, N2, CN− đều có 10 electron hoá trị nên đều có “liên kết ba + mỗi đầu một cặp riêng”.
Lỗi sai thường gặp
- Quên cặp electron riêng trên C, viết C≡O: chỉ có một cặp riêng ở O, tổng electron chỉ còn 8.
- Viết C=O như trong nhóm carbonyl: đó là liên kết trong phân tử hữu cơ, không phải phân tử CO tự do.
- Cho rằng CO phân cực mạnh vì O âm điện hơn C: thực tế moment lưỡng cực rất nhỏ.
- Đếm electron hoá trị của O là 8: O có 6 electron lớp ngoài cùng.
Bài tập luyện tập có đáp án
- Trong công thức Lewis của CO có bao nhiêu cặp electron liên kết và bao nhiêu cặp electron riêng?
Đáp án: 3 cặp liên kết và 2 cặp riêng (mỗi nguyên tử 1 cặp). - Vẽ công thức Lewis của ion CN−.
Đáp án: tổng 4 + 5 + 1 = 10 electron; [:C≡N:]−, mỗi nguyên tử có 1 cặp riêng, đặt cả ion trong ngoặc vuông kèm dấu trừ. - So sánh số liên kết σ và π trong CO và CO2.
Đáp án: CO có 1σ và 2π; CO2 có 2σ và 2π (mỗi liên kết đôi gồm 1σ, 1π).
Câu hỏi thường gặp
Công thức Lewis của CO là gì?
Là :C≡O:, gồm một liên kết ba giữa C và O, mỗi nguyên tử còn một cặp electron riêng; tổng cộng 10 electron hoá trị.
Trong phân tử CO có liên kết cho – nhận không?
Có. Liên kết ba gồm 2 cặp electron góp chung và 1 cặp cho – nhận, trong đó O cung cấp cả hai electron cho C.
Phân tử CO có bao nhiêu liên kết σ và π?
CO có 1 liên kết σ và 2 liên kết π.
Vì sao CO gần như không phân cực dù O âm điện hơn C?
Vì cặp cho – nhận từ O làm tăng mật độ electron ở phía C, bù lại phần lớn sự kéo electron của O, nên moment lưỡng cực của CO rất nhỏ.