Công thức Lewis của N2, Cl2: cách viết từng bước

Trả lời nhanh

Cl₂: hai nguyên tử Cl nối với nhau bằng một liên kết đơn (Cl–Cl), mỗi nguyên tử Cl còn 3 cặp electron chưa liên kết. N₂: hai nguyên tử N nối bằng một liên kết ba (N≡N), mỗi nguyên tử N còn 1 cặp electron chưa liên kết. Trong cả hai phân tử, mỗi nguyên tử đều có đủ 8 electron lớp ngoài cùng, tức là thoả mãn quy tắc octet.

1. Công thức Lewis là gì?

Công thức Lewis cho biết cách các electron hoá trị sắp xếp trong phân tử. Mỗi cặp electron dùng chung (cặp liên kết) được vẽ bằng một gạch nối. Các cặp electron chưa liên kết được vẽ bằng hai dấu chấm đặt cạnh kí hiệu nguyên tố.

Cần phân biệt với công thức cấu tạo: công thức cấu tạo chỉ vẽ các gạch liên kết (Cl–Cl, N≡N) và bỏ qua cặp electron chưa liên kết. Đề đã yêu cầu viết công thức Lewis thì bắt buộc phải vẽ đủ các cặp electron chưa liên kết. Học sinh hay mất điểm ở chỗ này.

2. Bốn bước viết công thức Lewis

Đếm tổng số electron hoá trị của tất cả các nguyên tử. Với nguyên tố nhóm A, số electron hoá trị bằng số thứ tự nhóm (Cl nhóm VIIA có 7, N nhóm VA có 5).
Dựng khung phân tử: nối các nguyên tử bằng liên kết đơn. Mỗi liên kết dùng hết 2 electron.
Phân bố số electron còn lại thành các cặp, xếp vào nguyên tử ngoài trước sao cho mỗi nguyên tử đạt octet (H chỉ cần 2 electron).
Kiểm tra octet: nguyên tử nào còn thiếu electron thì chuyển cặp electron chưa liên kết của nguyên tử bên cạnh thành cặp dùng chung. Khi đó liên kết đơn trở thành liên kết đôi hoặc liên kết ba.

Mẹo kiểm tra cuối cùng: số gạch × 2 + số chấm phải đúng bằng tổng số electron hoá trị ở bước 1.

3. Viết công thức Lewis của Cl₂

Bước 1: Cl có cấu hình [Ne]3s²3p⁵, tức là có 7 electron hoá trị. Tổng số electron hoá trị: 2 × 7 = 14 electron.

Bước 2: Nối hai nguyên tử bằng một liên kết đơn Cl–Cl, dùng hết 2 electron, còn lại 14 − 2 = 12 electron.

Bước 3: Chia đều 12 electron còn lại thành 6 cặp, mỗi nguyên tử Cl nhận 3 cặp chưa liên kết.

Bước 4: Kiểm tra: mỗi Cl có 2 electron liên kết và 6 electron chưa liên kết, tổng là 8. Octet đã đủ nên dừng lại.

Công thức cấu tạo: Cl–Cl
Số cặp electron liên kết: 1, số cặp electron chưa liên kết: 6 (mỗi Cl có 3)
Kiểm tra: 1 × 2 + 12 = 14 ✓

Vì sao chỉ có liên kết đơn? Mỗi nguyên tử Cl chỉ thiếu 1 electron là đạt cấu hình của khí hiếm Ar. Vì vậy mỗi Cl chỉ cần góp 1 electron để dùng chung, tạo đúng 1 cặp liên kết.

4. Viết công thức Lewis của N₂

Bước 1: N có cấu hình 1s²2s²2p³, tức là có 5 electron hoá trị. Tổng số electron hoá trị: 2 × 5 = 10 electron.

Bước 2: Nối hai nguyên tử bằng liên kết đơn N–N, còn lại 10 − 2 = 8 electron, tức là 4 cặp.

Bước 3: Chia cho mỗi N 2 cặp chưa liên kết. Lúc này mỗi N chỉ có 2 + 4 = 6 electron, chưa đủ octet.

Bước 4: Mỗi nguyên tử N chuyển 1 cặp electron chưa liên kết thành cặp dùng chung. Hai cặp chuyển thêm cộng với liên kết đơn ban đầu tạo thành liên kết ba N≡N. Sau đó mỗi N còn 1 cặp chưa liên kết.

Kiểm tra octet: mỗi N có 6 electron liên kết và 2 electron chưa liên kết, tổng là 8 ✓
Kiểm tra tổng: 3 × 2 + 4 = 10 ✓
Công thức cấu tạo: N≡N

Vì sao N₂ là liên kết ba? Mỗi nguyên tử N thiếu 3 electron để đạt cấu hình của khí hiếm Ne. Vì vậy mỗi N phải góp 3 electron để dùng chung, tạo ra 3 cặp electron chung. Liên kết ba này gồm 1 liên kết σ và 2 liên kết π.

Ý nghĩa thực tế: liên kết ba N≡N rất bền, năng lượng liên kết khoảng 945 kJ/mol, gần gấp 4 lần liên kết Cl–Cl (khoảng 243 kJ/mol). Điều này giải thích vì sao ở nhiệt độ thường nitrogen khá trơ, chiếm khoảng 78% thể tích không khí mà hầu như không phản ứng. Ngược lại, chlorine hoạt động hoá học mạnh.

5. So sánh nhanh Cl₂ và N₂

Tiêu chí	Cl₂	N₂
Electron hoá trị mỗi nguyên tử	7	5
Tổng electron hoá trị	14	10
Số electron mỗi nguyên tử cần thêm để đạt octet	1	3
Loại liên kết	Đơn (1 σ)	Ba (1 σ + 2 π)
Cặp electron chưa liên kết trên mỗi nguyên tử	3	1
Tổng cặp electron chưa liên kết	6	2
Loại liên kết cộng hoá trị	Không phân cực	Không phân cực

Quy luật dễ nhớ cho phân tử X₂: số liên kết = 8 − số electron hoá trị. Với Cl: 8 − 7 = 1. Với O: 8 − 6 = 2. Với N: 8 − 5 = 3. Quy luật này cũng đúng với H₂ nếu thay số 8 bằng 2.

6. Mở rộng: công thức Lewis của các phân tử hay đi kèm

Bài tập dạng này thường cho thêm các phân tử khác bên cạnh Cl₂ và N₂. Bảng dưới đây tóm tắt kết quả để các em tự đối chiếu sau khi vẽ theo 4 bước ở trên.

Phân tử	Tổng e hoá trị	Công thức cấu tạo	Cặp e chưa liên kết
H₂	2	H–H	Không có
O₂	12	O=O	Mỗi O có 2 cặp
HCl	8	H–Cl	Cl có 3 cặp
H₂O	8	H–O–H	O có 2 cặp
NH₃	8	N liên kết đơn với 3 nguyên tử H	N có 1 cặp
CH₄	8	C liên kết đơn với 4 nguyên tử H	Không có
CO₂	16	O=C=O	Mỗi O có 2 cặp, C không có

Lưu ý với CO₂: nếu chỉ dùng liên kết đơn thì C chỉ có 4 electron. Phải chuyển mỗi O một cặp electron thành cặp dùng chung để tạo hai liên kết đôi, khi đó C mới đủ octet. Cách làm này giống hệt bước 4 của N₂.

7. Những lỗi sai thường gặp

Quên vẽ cặp electron chưa liên kết: chỉ ghi Cl–Cl hoặc N≡N là công thức cấu tạo, chưa phải công thức Lewis.
Đếm cả electron lớp trong: Cl có 17 electron nhưng chỉ có 7 electron hoá trị. Nếu đếm 34 electron cho Cl₂ thì sai ngay từ bước đầu.
Vẽ N₂ bằng liên kết đôi: khi đó mỗi N có 4 + 4 = 8 electron, nhìn qua có vẻ đủ octet, nhưng tổng là 2 × 2 + 8 = 12 electron, vượt quá 10. Luôn kiểm tra lại tổng số electron.
Vẽ thừa cặp electron cho N: mỗi N trong N₂ chỉ còn 1 cặp chưa liên kết, không phải 2 hay 3 cặp.
Bắt H phải đủ 8 electron: H chỉ cần 2 electron (giống He), nên H luôn chỉ tạo 1 liên kết.

8. Bài luyện tập có đáp án

Bài 1. Viết công thức Lewis của F₂. Cho biết số cặp electron chưa liên kết trong phân tử.

Đáp án: F thuộc nhóm VIIA, tổng số electron hoá trị là 14. Phân tử có cấu tạo F–F, mỗi F còn 3 cặp chưa liên kết, cả phân tử có 6 cặp. Cách vẽ giống hệt Cl₂ vì F và Cl cùng nhóm.

Bài 2. Viết công thức Lewis của HCN (C là nguyên tử trung tâm).

Đáp án: Tổng số electron hoá trị: 1 + 4 + 5 = 10. Khung H–C–N dùng 4 electron, còn 6 electron, đặt cả vào N thì N đủ octet nhưng C chỉ có 4 electron. Chuyển 2 cặp chưa liên kết của N thành cặp dùng chung, được H–C≡N, N còn 1 cặp chưa liên kết. Kiểm tra: 4 × 2 + 2 = 10 ✓.

Bài 3. Trong phân tử N₂, tổng số electron tham gia liên kết và tổng số electron chưa liên kết lần lượt là bao nhiêu?

Đáp án: Liên kết ba gồm 3 cặp, tức là 6 electron tham gia liên kết. Còn 2 cặp chưa liên kết, tức là 4 electron. Tổng 6 + 4 = 10, đúng bằng số electron hoá trị.

9. Mẹo ghi nhớ

Hãy nhớ theo câu: “Đếm, Nối, Rải, Bù”. Đếm electron hoá trị, Nối liên kết đơn, Rải phần electron còn lại cho đủ octet, Bù bằng liên kết bội nếu còn thiếu. Viết xong thì luôn thử lại bằng phép tính số gạch × 2 + số chấm = tổng electron hoá trị. Làm như vậy các em sẽ không vẽ nhầm N₂ hay CO₂.

Câu hỏi thường gặp

Công thức Lewis của N2 có mấy cặp electron chưa liên kết?

Có 2 cặp, mỗi nguyên tử N mang 1 cặp. Hai nguyên tử N dùng chung 3 cặp electron để tạo liên kết ba N≡N.

Vì sao phân tử Cl2 chỉ có liên kết đơn?

Mỗi nguyên tử Cl có 7 electron hoá trị, chỉ thiếu 1 electron là đạt octet. Vì vậy mỗi Cl góp 1 electron để tạo đúng 1 cặp electron dùng chung.

Công thức Lewis khác công thức cấu tạo như thế nào?

Công thức Lewis biểu diễn cả cặp electron liên kết lẫn cặp electron chưa liên kết. Công thức cấu tạo chỉ vẽ các gạch liên kết, ví dụ Cl–Cl hoặc N≡N.

Làm sao kiểm tra công thức Lewis vừa viết đã đúng chưa?

Cần kiểm tra hai điều: mỗi nguyên tử đã đủ octet chưa (H chỉ cần 2 electron), và số gạch × 2 cộng số chấm có bằng tổng số electron hoá trị hay không.