Trả lời nhanh
Công thức electron của Cl2 gồm một cặp electron dùng chung giữa hai nguyên tử clo và ba cặp electron riêng trên mỗi nguyên tử. Clo có Z = 17, cấu hình 1s22s22p63s23p5, nên mỗi nguyên tử mang 7 electron hóa trị và chỉ cần thêm 1 electron để đủ octet. Đổi cặp chung thành một gạch nối thì được công thức Lewis Cl—Cl, cũng chính là công thức cấu tạo: liên kết đơn, cộng hóa trị, không cực.
Vì sao hai nguyên tử clo chỉ cần một cặp chung
Nguyên tử clo đứng ở ô số 17. Lớp K có 2 electron, lớp L có 8 electron, lớp M còn 7 electron: 2 electron ở phân lớp 3s và 5 electron ở phân lớp 3p. Bảy electron lớp ngoài là electron hóa trị. Khí hiếm gần clo nhất là argon, cấu hình kết thúc bằng 3s23p6. Clo thiếu đúng 1 electron so với octet đó.
Hai nguyên tử clo giống hệt nhau, không nguyên tử nào kéo electron của nguyên tử kia thành ion. Mỗi bên góp 1 electron hóa trị. Hai electron đó tạo thành 1 cặp dùng chung, tức một liên kết cộng hóa trị. Sau khi góp, mỗi nguyên tử vẫn còn 6 electron không tham gia liên kết, xếp thành 3 cặp riêng.
Đếm lại cho chắc. Tổng electron hóa trị của phân tử là 7 × 2 = 14. Cặp chung chiếm 2 electron. Phần còn lại là 14 − 2 = 12 electron, tức 6 cặp riêng. Chia đều vì hai nguyên tử như nhau: mỗi bên 3 cặp. Quanh mỗi hạt nhân, em đếm 6 electron riêng cộng 2 electron trong cặp chung, được 8 electron. Octet đủ ở cả hai phía, không thừa electron để đặt thêm.
Cặp chung không lệch về bên nào. Độ âm điện của clo là 3,16 ở cả hai đầu liên kết, hiệu bằng 0, nên liên kết không phân cực. Phân tử Cl2 cũng không phân cực. Đây là liên kết đơn, thuộc loại liên kết sigma, do sự xen phủ của hai obitan 3p, mỗi obitan chứa 1 electron độc thân.
Ba cách viết: electron, Lewis và cấu tạo
Ba công thức mô tả cùng một phân tử, khác nhau ở chỗ em vẽ những electron nào.
Công thức electron vẽ mọi electron hóa trị bằng chấm. Giữa hai kí hiệu Cl là một cặp chấm. Xung quanh mỗi Cl là ba cặp chấm nữa. Em không vẽ 17 electron của cả đám mây nguyên tử, vì các lớp trong không tham gia liên kết.
Công thức Lewis giữ nguyên các cặp riêng dạng chấm, nhưng thay cặp dùng chung bằng một gạch nối. Nhìn vào gạch là biết bậc liên kết: một gạch là liên kết đơn. Với Cl2, công thức Lewis và công thức cấu tạo trông giống nhau nếu em chỉ viết Cl—Cl. Điểm khác là công thức cấu tạo trong bài làm thường bỏ các cặp riêng, còn công thức Lewis thì phải giữ chúng để người chấm thấy octet.
Một quy trình bốn bước dùng được cho mọi phân tử cùng dạng, không chỉ clo:
- Cộng electron hóa trị. Với Cl2: 7 + 7 = 14.
- Vẽ khung liên kết đơn. Hai nguyên tử chỉ có một cách nối: Cl—Cl. Khung này dùng 2 electron.
- Rải electron còn lại thành cặp riêng, ưu tiên cho nguyên tử chưa đủ 8. Còn 12 electron, mỗi Cl nhận thêm 6 electron.
- Kiểm tra. Mỗi Cl có 8 electron quanh mình. Electron đã dùng hết. Điện tích hình thức của mỗi Cl là 7 − 6 − 2/2 = 0. Không cần liên kết bội.
Điện tích hình thức bằng 0 ở cả hai nguyên tử là dấu hiệu công thức này hợp lí. Nếu em thử vẽ liên kết đôi, khung đã nuốt 4 electron, còn 10 electron. Mười electron không chia thành các cặp riêng sao cho cả hai nguyên tử vừa đủ octet vừa hết electron. Liên kết ba còn lệch hơn. Vì vậy Cl2 không có liên kết bội.
Đối chiếu với vài phân tử cùng cách đếm
Cùng một quy trình cho thấy vì sao clo, nitơ và hiđro clorua khác nhau. Em làm lại phép đếm, không học thuộc hình vẽ.
| Phân tử | Electron hóa trị | Liên kết | Cặp riêng |
|---|---|---|---|
| Cl2 | 14 | 1 liên kết đơn | 3 cặp trên mỗi Cl |
| F2, Br2, I2 | 14 | 1 liên kết đơn | 3 cặp trên mỗi nguyên tử |
| HCl | 1 + 7 = 8 | 1 liên kết đơn | 3 cặp trên Cl, H không có cặp riêng |
| N2 | 10 | 1 liên kết ba | 1 cặp trên mỗi N |
Flo, brom và iot cùng nhóm halogen với clo, cùng 7 electron hóa trị, nên công thức electron của F2, Br2 và I2 cùng kiểu với Cl2. Chỉ khác kí hiệu nguyên tố. Hidro trong HCl chỉ có 1 electron hóa trị và chỉ cần 2 electron (quy tắc doublet), nên H không mang cặp riêng. Cặp chung trong HCl lệch về clo vì clo âm điện hơn hidro, liên kết có cực, khác với Cl2.
Nitơ có 5 electron hóa trị. Tổng của N2 là 10. Mỗi nitơ cần thêm 3 electron mới đủ 8, nên hai nguyên tử góp ba cặp, tức liên kết ba, và mỗi bên còn đúng 1 cặp riêng. Nếu em viết N—N như Cl—Cl, mỗi nitơ chỉ mới có 2 electron chung cộng 6 electron riêng là 8 trên giấy khi rải hết, nhưng khi đó em đã dùng 2 + 12 = 14 electron trong khi phân tử chỉ có 10. Phép đếm bác bỏ liên kết đơn. Đây là chỗ dễ sao chép máy móc từ clo sang nitơ.
Một bài kiểm tra nhanh: phân tử nào sau đây có đúng 6 cặp electron riêng? Chỉ Cl2 trong nhóm Cl2, HCl, N2. HCl có 3 cặp riêng, N2 có 2 cặp riêng, Cl2 có 6 cặp riêng. Tổng electron hóa trị của Cl2 vẫn là 14, không phải 6. Sáu là số cặp riêng, không phải số electron.
Lỗi hay gặp khi viết công thức
Lỗi thứ nhất là vẽ bảy chấm quanh mỗi Cl rồi đặt hai nguyên tử cạnh nhau, không có cặp chung. Hình đó là hai nguyên tử riêng lẻ, chưa phải phân tử. Phân tử bắt buộc có cặp electron được cả hai hạt nhân dùng.
Lỗi thứ hai là đổi mọi cặp, kể cả cặp riêng, thành gạch. Công thức cấu tạo chỉ thay cặp liên kết. Ba cặp riêng nếu bị vẽ thành gạch sẽ trông như clo có hóa trị bốn hoặc năm, sai hoàn toàn.
Lỗi thứ ba là viết Cl+ và Cl− nối với nhau. Clo đơn chất không tạo liên kết ion với chính nó. Ion clorua Cl− xuất hiện khi clo lấy electron của kim loại, ví dụ trong NaCl, không phải trong Cl2.
Lỗi thứ tư là đếm nhầm 17 electron hóa trị. Số 17 là số proton, cũng là số electron của nguyên tử trung hòa, nhưng chỉ 7 electron ở lớp ngoài tham gia công thức electron. Nếu lấy 17 × 2 = 34, em sẽ vẽ thừa rất nhiều chấm và không bao giờ khớp octet.
Lỗi thứ năm là gắn cực cho liên kết Cl—Cl vì “clo âm điện mạnh”. Độ âm điện mạnh không tự tạo cực. Cực chỉ xuất hiện khi hai đầu liên kết có độ âm điện khác nhau. Hai nguyên tử clo có cùng giá trị, hiệu bằng 0.
Khi chép vào bài, em viết đủ ba dòng nếu đề hỏi cả ba công thức: dòng chấm cho công thức electron, dòng gạch kèm chấm cho Lewis, dòng Cl—Cl cho cấu tạo. Kèm một câu: phân tử có 1 cặp chung và mỗi nguyên tử còn 3 cặp riêng. Câu đó chứng minh em không vẽ may rủi.
Ba bài tự làm có lời giải
Bài 1. Phân tử brom có công thức electron giống kiểu nào? Brom thuộc nhóm VIIA, Z = 35, lớp ngoài cùng 4s24p5, tức 7 electron hóa trị. Br2 có 14 electron hóa trị, 1 cặp chung, mỗi Br có 3 cặp riêng. Công thức cấu tạo là Br—Br. Chỉ khác clo ở lớp vỏ trong, không khác cách ghép cặp hóa trị.
Bài 2. Vì sao H2 không có cặp electron riêng? Mỗi hidro góp 1 electron, tổng 2 electron, vừa đủ một cặp chung. Sau khi lập liên kết, không còn electron nào để đặt thành cặp riêng. Mỗi H đạt doublet. Công thức cấu tạo là H—H. Đừng thêm chấm quanh hidro.
Bài 3. Trong Cl2 có bao nhiêu electron tham gia liên kết và bao nhiêu electron không tham gia? Tham gia liên kết: 2 electron. Không tham gia: 12 electron. Tỉ lệ này cố định với mọi halogen đơn chất dạng X2. Nếu đáp án ghi 14 electron đều tham gia liên kết thì sai, vì các cặp riêng vẫn là electron hóa trị nhưng không nằm giữa hai hạt nhân.
Em giữ ba con số này khi ôn: 7 electron hóa trị trên một nguyên tử, 14 electron trên phân tử, 1 cặp chung. Mọi hình vẽ đúng đều quay về ba con số đó.
Câu hỏi thường gặp
Công thức Lewis của Cl2 viết thế nào?
Viết Cl—Cl, mỗi nguyên tử clo kèm ba cặp electron riêng. Gạch nối thay cho một cặp electron dùng chung. Mỗi clo đủ 8 electron và điện tích hình thức bằng 0.
Cl2 có liên kết đơn hay liên kết đôi?
Liên kết đơn. Hai nguyên tử clo chỉ thiếu một electron để đủ octet, nên chúng góp đúng một cặp. Liên kết đôi không khớp với 14 electron hóa trị của phân tử.
Công thức electron khác công thức cấu tạo ở điểm nào?
Công thức electron vẽ mọi electron hóa trị bằng chấm, gồm cả cặp riêng. Công thức cấu tạo chỉ còn gạch nối giữa hai nguyên tử, viết Cl—Cl, không vẽ các cặp riêng.
Liên kết trong Cl2 có cực không?
Không. Hai nguyên tử clo có cùng độ âm điện, cặp electron chung không lệch. Phân tử hai nguyên tử này cũng không phân cực.
Vì sao không dùng cả 17 electron để vẽ công thức?
Mười electron ở lớp K và lớp L không tham gia liên kết. Công thức electron chỉ vẽ 7 electron hóa trị ở lớp M của mỗi nguyên tử clo.