Công thức Lewis của NH4+: nitơ ở giữa, bốn liên kết
Lớp 10Hóa học

Công thức Lewis của NH4+: trình bày liên kết cho – nhận trong ion amoni

Trả lời nhanh

Trong ion NH4+, nguyên tử N của phân tử NH3 bỏ ra cặp electron chưa liên kết để dùng chung với ion H+ (H+ có orbital 1s trống). Cặp electron này do một phía (N) cung cấp nên gọi là liên kết cho – nhận, kí hiệu N → H. Sau khi hình thành, bốn liên kết N–H hoàn toàn như nhau.

Đề bài và hướng làm

Đề thường gặp: «Trình bày sự hình thành liên kết cho – nhận trong ion NH4+» hoặc «Viết công thức Lewis của NH4+». Bạn cần làm đủ ba ý: ai cho, ai nhận, và công thức sau khi hình thành.

Các bước viết công thức Lewis của NH4+

  1. Đếm electron hóa trị: N có 5, mỗi H có 1, ion mang điện tích +1 nên trừ đi 1 electron: 5 + 4×1 − 1 = 8 electron, tức 4 cặp.
  2. Chọn nguyên tử trung tâm: N ở giữa, 4 nguyên tử H xung quanh.
  3. Xếp electron: mỗi liên kết N–H dùng 1 cặp, 4 liên kết hết đúng 4 cặp. N không còn cặp electron riêng.
  4. Kiểm tra quy tắc: N có 8 electron (octet), mỗi H có 2 electron (duet).
  5. Ghi điện tích: đặt công thức trong ngoặc vuông, góc trên bên phải ghi dấu «+».
Sơ đồ NH3 nhường cặp electron cho H+ tạo ion NH4+ với công thức Lewis
NH3 cho cặp electron, H+ nhận để tạo thành ion NH4+ có 4 liên kết N–H như nhau

Trình bày sự hình thành liên kết cho – nhận

Bước 1 – Xem xét NH3. Cấu hình electron của N là 1s22s22p3. Trong NH3, N dùng 3 electron độc thân tạo 3 liên kết cộng hóa trị với 3 nguyên tử H, còn lại 1 cặp electron chưa tham gia liên kết.

Bước 2 – Xem xét H+. Ion H+ đã mất electron duy nhất nên orbital 1s hoàn toàn trống.

Bước 3 – Tạo liên kết. Cặp electron chưa liên kết của N chuyển vào vùng xen phủ với orbital 1s trống của H+. Cặp electron này trở thành cặp dùng chung giữa N và H. Vì cả hai electron đều do N cung cấp, N là chất cho, H+ là chất nhận.

Phương trình ion: NH3 + H+ → NH4+.

Bước 4 – Kết luận. Ion NH4+ có 4 liên kết N–H, trong đó 3 liên kết cộng hóa trị thông thường và 1 liên kết cho – nhận. Về bản chất, cả bốn liên kết là một cặp electron dùng chung nên độ dài và năng lượng liên kết đều bằng nhau. Ion có dạng tứ diện đều, góc liên kết khoảng 109,5°.

Vì sao không thể phân biệt «liên kết thứ tư»?

Liên kết cho – nhận chỉ khác ở nguồn gốc cặp electron, không khác ở bản chất. Khi đã hình thành, điện tích + không «ở riêng» nguyên tử H nào mà phân bố trên cả ion. Vì vậy thực nghiệm cho thấy 4 liên kết N–H giống hệt nhau. Đây là chỗ nhiều bạn hay trả lời sai khi nói «có một liên kết yếu hơn».

Điều kiện để có liên kết cho – nhận

Bên Yêu cầu Trong NH4+
Chất cho Còn cặp electron chưa liên kết N trong NH3
Chất nhận Còn orbital trống H+ (orbital 1s)

Ví dụ tương tự để so sánh

  • H3O+: H2O + H+ → H3O+; O cho cặp electron, H+ nhận.
  • NH3 + HCl → NH4Cl: khi đưa hai đũa thủy tinh nhúng dung dịch NH3 đặc và HCl đặc lại gần nhau, xuất hiện khói trắng NH4Cl. Ở đây NH3 nhận proton của HCl bằng liên kết cho – nhận.
  • NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH−: giải thích vì sao dung dịch amoniac có tính bazơ.

Lỗi sai thường gặp

  • Quên trừ 1 electron do điện tích dương, đếm thành 9 electron.
  • Vẽ thêm cặp electron riêng trên N trong NH4+ (cặp đó đã dùng để liên kết).
  • Quên ngoặc vuông và dấu «+» ngoài công thức.
  • Vẽ mũi tên ngược chiều: mũi tên luôn đi từ chất cho (N) tới chất nhận (H).

Mẹo nhớ: «Có cặp riêng thì cho, có ô trống thì nhận».

Luyện tập

Câu 1. Tính tổng số electron hóa trị khi viết công thức Lewis của H3O+ và mô tả liên kết cho – nhận.

Đáp án: 6 + 3×1 − 1 = 8 electron (4 cặp). O có 3 liên kết O–H và 1 cặp electron riêng; một liên kết O–H hình thành do O cho cặp electron, H+ nhận.

Câu 2. Vì sao CH4 không kết hợp được với H+ theo kiểu của NH3?

Đáp án: C trong CH4 không còn cặp electron chưa liên kết nên không có khả năng làm chất cho.

Câu 3. Trong ion NH4+, số liên kết cộng hóa trị thông thường và số liên kết cho – nhận là bao nhiêu?

Đáp án: 3 liên kết thông thường và 1 liên kết cho – nhận (tổng 4 liên kết N–H, tương đương nhau).

Câu hỏi thường gặp

Công thức Lewis của NH4+ có bao nhiêu cặp electron?

Tổng electron hóa trị là 5 + 4 − 1 = 8, tương ứng 4 cặp. Cả 4 cặp đều là cặp liên kết N–H, N không còn cặp electron riêng.

Liên kết cho – nhận trong NH4+ nằm giữa nguyên tử nào?

Giữa N (chất cho cặp electron) và H+ (chất nhận, có orbital 1s trống). Kí hiệu N → H.

Bốn liên kết N–H trong NH4+ có giống nhau không?

Có. Sau khi hình thành, cặp electron dùng chung không còn phân biệt nguồn gốc nên 4 liên kết có độ dài, năng lượng bằng nhau và ion có dạng tứ diện đều.

Vì sao phải viết NH4+ trong ngoặc vuông?

Ngoặc vuông cùng dấu + cho biết điện tích thuộc về cả ion chứ không riêng nguyên tử nào.

Bài học liên quan