Công thức Lewis của HCl, Cl2, H2O, CH4 và cách viết

Trả lời nhanh

HCl có 8 electron hoá trị, tức 4 cặp: 1 cặp dùng chung giữa H và Cl, 3 cặp riêng nằm trên Cl. Công thức Lewis viết là H–Cl, ba cặp chấm đặt quanh Cl; công thức cấu tạo là H–Cl. Làm tương tự: Cl₂ là Cl–Cl, mỗi Cl có 3 cặp riêng. H₂O là H–O–H, O có 2 cặp riêng. CH₄ có C nối 4 nguyên tử H bằng 4 liên kết đơn và không có cặp riêng nào.

1. Ba loại công thức khác nhau ở chỗ nào?

Nhiều bạn hay nhầm ba loại công thức này với nhau. Thật ra cả ba đều biểu diễn cùng một phân tử, chỉ khác ở mức độ chi tiết khi vẽ electron:

Loại công thức	Cặp electron dùng chung	Cặp electron riêng (không liên kết)
Công thức electron	Vẽ bằng hai dấu chấm đặt giữa hai nguyên tử	Vẽ bằng dấu chấm
Công thức Lewis	Thay mỗi cặp dùng chung bằng một gạch nối (–)	Vẫn vẽ bằng dấu chấm
Công thức cấu tạo	Vẽ bằng gạch nối (–, =, ≡)	Bỏ đi, không vẽ

Mẹo nhớ: electron là “chấm hết”, Lewis là “gạch + chấm”, cấu tạo là “chỉ gạch”. Đi từ công thức electron sang công thức cấu tạo thì số chấm giảm dần.

2. Bốn bước viết công thức Lewis

Đếm tổng số electron hoá trị của mọi nguyên tử trong phân tử. Ví dụ: H có 1, C có 4, O có 6, Cl có 7 electron hoá trị.
Vẽ khung phân tử. Nguyên tử có độ âm điện nhỏ hơn và tạo được nhiều liên kết hơn thường đứng ở trung tâm. H bao giờ cũng đứng ở ngoài vì chỉ tạo được 1 liên kết.
Đặt mỗi liên kết đơn bằng 1 cặp electron (2 electron). Số electron còn lại thì chia thành từng cặp, xếp vào các nguyên tử bên ngoài trước, sao cho mỗi nguyên tử đủ 8 electron (H chỉ cần 2).
Kiểm tra quy tắc octet. Nếu nguyên tử trung tâm còn thiếu electron thì chuyển cặp riêng của nguyên tử bên cạnh thành cặp dùng chung, tạo liên kết đôi hoặc liên kết ba.

Muốn biết số cặp electron, lấy tổng electron hoá trị chia 2. Trừ đi số cặp dùng chung sẽ ra số cặp riêng. Đây là cách tự kiểm tra nhanh nhất sau khi vẽ xong.

3. Công thức Lewis của HCl (giải chi tiết)

Electron hoá trị: H góp 1, Cl góp 7, tổng 8 electron, tức 4 cặp.
Khung: H–Cl. Liên kết đơn này dùng 1 cặp.
Còn 3 cặp, xếp hết lên Cl. Khi đó Cl có 3 cặp riêng cộng 1 cặp chung, đủ 8 electron. H có 1 cặp chung là 2 electron, giống cấu hình khí hiếm He.

Kết quả:

Công thức electron: H :Cl, trong đó cặp chấm nằm giữa H và Cl, ba cặp chấm còn lại đặt ở phía trên, phía dưới và bên phải Cl.
Công thức Lewis: H–Cl, ba cặp chấm vẫn giữ quanh Cl.
Công thức cấu tạo: H–Cl.

Hiệu độ âm điện của HCl là 3,16 − 2,20 = 0,96. Giá trị này nằm trong khoảng 0,4 đến dưới 1,7 nên HCl có liên kết cộng hoá trị phân cực. Cặp electron chung bị lệch về phía Cl.

4. Công thức electron, Lewis, cấu tạo của Cl₂

Electron hoá trị: 2 × 7 = 14 electron, tức 7 cặp.
Mỗi Cl có 7 electron lớp ngoài, thiếu 1 electron mới đủ octet. Vì vậy mỗi nguyên tử góp 1 electron để tạo 1 cặp dùng chung.
Còn 6 cặp, chia đều mỗi Cl 3 cặp riêng. Kiểm tra: mỗi Cl có 3 × 2 + 2 = 8 electron.

Hai nguyên tử giống nhau nên hiệu độ âm điện bằng 0. Cl₂ có liên kết cộng hoá trị không phân cực.

5. Công thức electron, Lewis, cấu tạo của H₂O

Electron hoá trị: 2 × 1 + 6 = 8 electron, tức 4 cặp.
O là nguyên tử trung tâm, khung là H–O–H, dùng hết 2 cặp.
Còn 2 cặp, đặt lên O. Kiểm tra: O có 2 cặp chung và 2 cặp riêng, đủ 8 electron. Mỗi H có 2 electron.

Công thức cấu tạo viết là H–O–H. Đây chỉ là cách viết trên mặt phẳng; trong thực tế phân tử nước có dạng góc, góc liên kết khoảng 104,5°. Hai cặp electron riêng trên O đẩy hai liên kết O–H lại gần nhau nên phân tử bị gấp khúc. Liên kết O–H có hiệu độ âm điện 3,44 − 2,20 = 1,24 nên là liên kết cộng hoá trị phân cực.

6. Công thức electron, Lewis, cấu tạo của CH₄

Electron hoá trị: 4 + 4 × 1 = 8 electron, tức 4 cặp.
C ở trung tâm, tạo 4 liên kết đơn với 4 nguyên tử H, dùng hết cả 4 cặp.
Không còn cặp nào, nên C không có cặp electron riêng. Kiểm tra: C có 4 cặp chung, đủ 8 electron.

Vì CH₄ không có cặp electron riêng nào, công thức Lewis và công thức cấu tạo của nó giống hệt nhau. Trong không gian, phân tử có dạng tứ diện đều, góc liên kết khoảng 109,5°. Liên kết C–H có hiệu độ âm điện 2,55 − 2,20 = 0,35, nhỏ hơn 0,4, nên được xếp vào liên kết cộng hoá trị không phân cực.

7. Bảng tổng hợp bốn phân tử

Phân tử	Tổng e hoá trị	Số cặp chung	Số cặp riêng	Công thức cấu tạo	Loại liên kết
Cl₂	14	1	6 (mỗi Cl 3)	Cl–Cl	CHT không phân cực
HCl	8	1	3 (trên Cl)	H–Cl	CHT phân cực
H₂O	8	2	2 (trên O)	H–O–H	CHT phân cực
CH₄	8	4	0	C nối 4 H bằng 4 liên kết đơn	CHT không phân cực

Trong bảng, ba phân tử HCl, H₂O, CH₄ đều có 8 electron hoá trị nhưng số cặp riêng lần lượt là 3, 2, 0. Lý do là nguyên tử trung tâm (Cl, O, C) cần thêm 1, 2, 4 electron để đủ octet, nên tạo được 1, 2, 4 liên kết. Mỗi liên kết thêm vào “dùng” mất một cặp riêng.

8. Lỗi sai thường gặp

Quên cặp electron riêng trong công thức Lewis. Nếu viết HCl chỉ là H–Cl và gọi đó là công thức Lewis thì bị trừ điểm, vì đó là công thức cấu tạo.
Vẽ cặp riêng vào công thức cấu tạo. Công thức cấu tạo chỉ thể hiện các liên kết.
Đếm cả electron lớp trong. Ví dụ tính Cl có 17 electron là sai. Chỉ đếm 7 electron lớp ngoài cùng.
Cho H tạo 2 liên kết hoặc vẽ cặp riêng quanh H. Lớp ngoài của H chỉ chứa tối đa 2 electron.
Kết luận H₂O là phân tử thẳng vì công thức viết H–O–H nằm trên một hàng. Cách viết trên giấy không cho biết hình dạng thật của phân tử.

9. Bài luyện tập có đáp án

Bài 1. Viết công thức Lewis và công thức cấu tạo của NH₃.

Đáp án: Tổng 5 + 3 = 8 electron, tức 4 cặp. N ở trung tâm, tạo 3 liên kết đơn N–H và còn 1 cặp riêng. Công thức Lewis gồm N nối 3 nguyên tử H bằng gạch, thêm 1 cặp chấm trên N. Công thức cấu tạo gồm N nối 3 nguyên tử H, không vẽ cặp chấm.

Bài 2. Viết công thức Lewis của N₂ và cho biết phân tử có bao nhiêu cặp electron chung.

Đáp án: Tổng 2 × 5 = 10 electron, tức 5 cặp. Mỗi N thiếu 3 electron nên hai nguyên tử góp chung 3 cặp, tạo liên kết ba N≡N. Còn 2 cặp, mỗi N giữ 1 cặp riêng. Phân tử có 3 cặp electron chung.

Bài 3. Viết công thức cấu tạo của CO₂ và cho biết tổng số cặp electron riêng trong phân tử.

Đáp án: Tổng 4 + 2 × 6 = 16 electron, tức 8 cặp. Nếu chỉ dùng liên kết đơn O–C–O thì C chưa đủ octet, nên mỗi O chuyển 1 cặp riêng thành cặp chung. Công thức cấu tạo là O=C=O. Phân tử có 4 cặp chung, nên số cặp riêng là 8 − 4 = 4, mỗi O giữ 2 cặp.

Câu hỏi thường gặp

Công thức Lewis của HCl có mấy cặp electron riêng?

Có 3 cặp electron riêng, cả ba đều nằm trên nguyên tử Cl. Ngoài ra HCl có 1 cặp electron dùng chung giữa H và Cl, biểu diễn bằng một gạch nối.

Công thức Lewis và công thức cấu tạo khác nhau thế nào?

Công thức Lewis có vẽ cả gạch nối (cặp electron chung) lẫn dấu chấm (cặp electron riêng). Công thức cấu tạo chỉ vẽ gạch nối, bỏ các cặp riêng.

Vì sao công thức Lewis và công thức cấu tạo của CH4 giống nhau?

Vì 8 electron hoá trị của CH4 đều nằm trong 4 liên kết C–H, nguyên tử C không có cặp electron riêng nào. Không có dấu chấm để bỏ đi nên hai công thức trùng nhau.

Phân tử H2O có dạng thẳng hay dạng góc?

H2O có dạng góc, góc liên kết khoảng 104,5°. Hai cặp electron riêng trên nguyên tử O đẩy hai liên kết O–H lại gần nhau.