Công thức Lewis của CO2: cách vẽ từng bước dễ hiểu

Trả lời nhanh

Công thức Lewis của CO₂ là O=C=O: nguyên tử C ở trung tâm, liên kết với mỗi nguyên tử O bằng một liên kết đôi; mỗi nguyên tử O còn 2 cặp electron không liên kết, C không còn cặp riêng. Phân tử có tổng 16 electron hóa trị (8 cặp), cả ba nguyên tử đều đạt octet, phân tử thẳng với góc liên kết 180°.

Công thức Lewis là gì?

Theo chương trình Hóa học 10 mới, công thức Lewis biểu diễn tất cả electron hóa trị trong phân tử: cặp electron dùng chung được vẽ bằng gạch nối (hoặc hai dấu chấm giữa hai nguyên tử), còn cặp electron không liên kết vẽ bằng hai dấu chấm cạnh nguyên tử. Khác với công thức cấu tạo chỉ thể hiện liên kết, công thức Lewis cho thấy nguyên tử nào đã đạt octet, nguyên tử nào còn cặp electron tự do.

Cách vẽ công thức Lewis của CO₂ qua 5 bước

Đếm tổng electron hóa trị. C thuộc nhóm IVA có 4 electron hóa trị; O thuộc nhóm VIA có 6 electron hóa trị. Tổng: 4 + 2 × 6 = 16 electron, tức 8 cặp.
Chọn nguyên tử trung tâm. Chọn nguyên tử có độ âm điện nhỏ hơn và có khả năng tạo nhiều liên kết nhất, ở đây là C (độ âm điện 2,55 so với O là 3,44). Vẽ khung O–C–O.
Đặt liên kết đơn và tính electron còn lại. Hai liên kết đơn dùng 4 electron, còn 16 − 4 = 12 electron.
Phân bố electron còn lại cho nguyên tử ngoài. Mỗi O nhận 6 electron (3 cặp) để đủ 8. Lúc này 12 electron đã hết nhưng C mới có 4 electron xung quanh, chưa đạt octet.
Chuyển cặp electron không liên kết thành liên kết bội. Mỗi O chuyển một cặp electron riêng vào vùng liên kết với C, tạo hai liên kết đôi. Khi đó C có 8 electron, mỗi O vẫn có 8 electron.

Kết quả (mỗi cặp dấu chấm là một cặp electron không liên kết):

 ..         ..
:O  =  C  =  O:

Viết gọn dạng công thức cấu tạo: O=C=O.

Kiểm tra lại kết quả

Tiêu chí	Nguyên tử C	Mỗi nguyên tử O
Số cặp electron liên kết	4 (hai liên kết đôi)	2
Số cặp electron không liên kết	0	2
Tổng electron xung quanh	8	8
Điện tích hình thức	4 − 0 − 4 = 0	6 − 4 − 2 = 0

Tổng số cặp electron: 4 cặp liên kết + 4 cặp không liên kết = 8 cặp, khớp với 16 electron ở bước 1. Điện tích hình thức của mọi nguyên tử đều bằng 0, nên đây là công thức Lewis hợp lí nhất.

Vì sao không chọn O≡C–O hay đặt O ở giữa?

Cấu trúc O≡C–O vẫn đủ octet, nhưng điện tích hình thức là +1 ở O liên kết ba và −1 ở O liên kết đơn. Cấu trúc có điện tích hình thức khác 0 kém bền hơn cấu trúc O=C=O có mọi điện tích hình thức bằng 0. Thực nghiệm cũng cho thấy hai liên kết C–O trong CO₂ dài bằng nhau.
Đặt O ở giữa (C–O–O) là sai về khung: O có độ âm điện lớn hơn và thường chỉ tạo 2 liên kết, còn C tạo 4 liên kết.
Chỉ vẽ liên kết đơn O–C–O làm C chỉ có 4 electron, vi phạm quy tắc octet.

Từ công thức Lewis suy ra hình dạng và tính phân cực

Quanh C có 2 vùng electron (hai liên kết đôi) và không có cặp riêng, nên theo mô hình VSEPR phân tử thuộc dạng AX₂: thẳng, góc O–C–O bằng 180°, nguyên tử C ở trạng thái lai hóa sp. Mỗi liên kết đôi gồm 1 liên kết σ và 1 liên kết π, vậy CO₂ có 2 liên kết σ và 2 liên kết π.

Liên kết C=O phân cực vì hiệu độ âm điện 3,44 − 2,55 = 0,89. Tuy vậy, hai liên kết đối xứng nhau qua C và ngược chiều, nên tác dụng phân cực triệt tiêu: phân tử CO₂ không phân cực. Đây là lí do CO₂ tan ít trong nước hơn so với SO₂.

So sánh với một số phân tử dễ nhầm

Phân tử	Công thức Lewis rút gọn	Cặp riêng ở nguyên tử trung tâm	Hình dạng
CO₂	O=C=O	0	Thẳng
SO₂	O=S–O (cộng hưởng)	1	Gấp khúc
H₂O	H–O–H	2	Gấp khúc
CO	C≡O	C và O mỗi nguyên tử 1 cặp	Thẳng (hai nguyên tử)

Mẹo nhớ: “Trung tâm còn cặp riêng thì gãy, không còn cặp riêng mà chỉ hai liên kết thì thẳng.” CO₂ và SO₂ có công thức tương tự nhưng S còn một cặp riêng nên phân tử bị bẻ cong.

Bài tập luyện tập có đáp án

Bài 1. Vẽ công thức Lewis của CS₂.
Đáp án: S cùng nhóm với O nên cách vẽ giống hệt CO₂: tổng 4 + 2 × 6 = 16 electron, công thức S=C=S, mỗi S có 2 cặp riêng; phân tử thẳng, không phân cực.

Bài 2. Vẽ công thức Lewis của HCN.
Đáp án: Tổng electron hóa trị 1 + 4 + 5 = 10. Khung H–C–N; để C và N đủ octet cần liên kết ba giữa C và N: H–C≡N, N còn 1 cặp electron không liên kết. Phân tử thẳng.

Bài 3. Trong phân tử CO₂, có bao nhiêu cặp electron không liên kết? Phân tử có phân cực không?
Đáp án: 4 cặp (mỗi O 2 cặp, C không có). Phân tử không phân cực vì cấu trúc thẳng, đối xứng.

Lỗi sai thường gặp khi vẽ công thức Lewis của CO₂

Quên nhân đôi số electron của O, dẫn tới tổng 10 electron thay vì 16.
Vẽ thêm cặp electron riêng cho C, làm C có 10 electron, vượt octet.
Nhầm công thức Lewis với công thức electron: công thức electron vẽ tất cả electron bằng dấu chấm, công thức Lewis thay cặp dùng chung bằng gạch nối.
Kết luận CO₂ phân cực chỉ vì liên kết C=O phân cực, quên xét tính đối xứng của phân tử.

Câu hỏi thường gặp

Công thức Lewis của CO2 có bao nhiêu electron hóa trị?

Có 16 electron hóa trị: C góp 4, mỗi O góp 6. Trong đó 8 electron (4 cặp) tạo hai liên kết đôi và 8 electron (4 cặp) là cặp không liên kết nằm trên hai nguyên tử O.

Vì sao trong CO2 nguyên tử C không có cặp electron riêng?

Cả 4 electron hóa trị của C đều tham gia tạo hai liên kết đôi với hai nguyên tử O. Nhờ đó C có 8 electron dùng chung xung quanh, đạt octet mà không còn electron riêng.

Phân tử CO2 có phân cực không?

Không. Mỗi liên kết C=O phân cực, nhưng phân tử thẳng, hai liên kết đối xứng và ngược chiều nên phân cực triệt tiêu, phân tử CO2 không phân cực.

Lai hóa của C trong CO2 là gì?

C lai hóa sp vì có 2 vùng electron xung quanh và không có cặp riêng, phù hợp với hình dạng thẳng, góc liên kết 180°.