Công thức Lewis của SO2 và SO3: cách viết từng bước, có giải thích

1. Nhắc lại: công thức Lewis là gì?

Công thức Lewis biểu diễn toàn bộ electron hóa trị của phân tử. Mỗi cặp electron dùng chung được vẽ bằng một gạch nối. Các cặp electron không tham gia liên kết (cặp electron riêng) được vẽ bằng hai dấu chấm đặt cạnh kí hiệu nguyên tố.

Công thức Lewis khác công thức cấu tạo ở chỗ: công thức cấu tạo chỉ vẽ các liên kết, còn công thức Lewis vẽ thêm cả các cặp electron riêng. Vì vậy, muốn viết đúng công thức Lewis thì trước hết phải đếm đúng tổng số electron hóa trị.

2. Quy trình 5 bước viết công thức Lewis

1. Đếm tổng số electron hóa trị của mọi nguyên tử trong phân tử. Với ion thì cộng thêm điện tích âm hoặc trừ đi điện tích dương.
2. Dựng khung phân tử: chọn nguyên tử trung tâm, thường là nguyên tử có độ âm điện nhỏ hơn và có hóa trị cao hơn (H không bao giờ là nguyên tử trung tâm). Nối nguyên tử trung tâm với các nguyên tử xung quanh bằng liên kết đơn.
3. Phân bố electron còn lại cho các nguyên tử xung quanh trước, sao cho mỗi nguyên tử đủ 8 electron (H chỉ cần 2).
4. Còn dư electron thì đặt lên nguyên tử trung tâm.
5. Nếu nguyên tử trung tâm chưa đủ octet, chuyển một cặp electron riêng của nguyên tử bên cạnh thành cặp dùng chung để tạo liên kết đôi hoặc liên kết ba. Cuối cùng đếm lại tổng số electron.

Cả S và O đều thuộc nhóm VIA nên mỗi nguyên tử có 6 electron hóa trị (cấu hình lớp ngoài cùng ns²np⁴). Đây là dữ kiện dùng cho cả hai phân tử bên dưới.

3. Viết công thức Lewis của SO₂

Bước 1 – Đếm electron hóa trị

Tổng = 6 (S) + 2 × 6 (O) = 18 electron, tức là 9 cặp electron.

Bước 2 – Dựng khung

Độ âm điện của S (2,58) nhỏ hơn của O (3,44), nên S là nguyên tử trung tâm. Khung ban đầu là O – S – O. Hai liên kết đơn đã dùng hết 4 electron, còn lại 14 electron.

Bước 3 và 4 – Phân bố electron

Mỗi nguyên tử O nhận thêm 3 cặp riêng (6 electron) để đủ octet, hết 12 electron. Còn dư 2 electron, ta đặt lên S thành 1 cặp riêng.

Bước 5 – Kiểm tra octet của S

Lúc này S chỉ có 2 liên kết đơn và 1 cặp riêng, tức là 6 electron, nên còn thiếu 2. Ta chuyển một cặp electron riêng của một nguyên tử O thành cặp dùng chung, tạo liên kết đôi S=O. Sau bước này:

• S: 1 liên kết đôi + 1 liên kết đơn + 1 cặp riêng = 4 + 2 + 2 = 8 electron ✔
• O liên kết đôi: 4 electron dùng chung + 2 cặp riêng = 8 electron ✔
• O liên kết đơn: 2 electron dùng chung + 3 cặp riêng = 8 electron ✔

Kiểm tra lại tổng: 3 cặp liên kết (6e) + 6 cặp riêng (12e) = 18 electron, khớp với Bước 1.

4. Viết công thức Lewis của SO₃

Bước 1 – Đếm electron hóa trị

Tổng = 6 + 3 × 6 = 24 electron, tức là 12 cặp electron.

Bước 2 – Dựng khung

S là nguyên tử trung tâm, nối với 3 nguyên tử O bằng 3 liên kết đơn. Ba liên kết này dùng 6 electron, còn lại 18 electron.

Bước 3 và 4 – Phân bố electron

Mỗi O nhận 3 cặp riêng, ba nguyên tử O dùng hết đúng 18 electron. Không còn electron nào để đặt lên S.

Bước 5 – Bổ sung octet cho S

S lúc này chỉ có 3 liên kết đơn, tức là 6 electron, nên thiếu 2. Ta chuyển một cặp riêng của một nguyên tử O thành liên kết đôi S=O. Kết quả:

• S: 1 liên kết đôi + 2 liên kết đơn = 4 + 2 + 2 = 8 electron, không có cặp riêng ✔
• O liên kết đôi: 2 cặp riêng; mỗi O liên kết đơn: 3 cặp riêng ✔

Kiểm tra tổng: 4 cặp liên kết (8e) + 8 cặp riêng (16e) = 24 electron, đúng với Bước 1.

5. Bảng so sánh nhanh SO₂ và SO₃

Đặc điểm	SO2	SO3
Tổng electron hóa trị	18	24
Số cặp electron liên kết	3	4
Cặp electron riêng trên S	1	0
Tổng số cặp electron riêng	6	8
Hình dạng phân tử	Gấp khúc (góc khoảng 119°)	Tam giác phẳng (góc 120°)
Số oxi hóa của S	+4	+6

Cặp electron riêng trên S chính là nguyên nhân khiến SO₂ có dạng gấp khúc: cặp riêng đẩy hai liên kết S–O lại gần nhau. SO₃ không có cặp riêng trên S nên ba nguyên tử O phân bố đều trên một mặt phẳng.

6. Vì sao có sách vẽ O=S=O? (phần mở rộng)

Có thể em sẽ gặp SO₂ được vẽ là O=S=O và SO₃ có ba liên kết đôi. Cách vẽ này cũng có cơ sở. S thuộc chu kì 3, có phân lớp 3d trống nên có thể chứa nhiều hơn 8 electron, gọi là octet mở rộng.

Ta dùng điện tích hình thức để so sánh hai cách vẽ: điện tích hình thức = số e hóa trị − số e riêng − ½ số e dùng chung.

• SO₂ theo octet: S có 6 − 2 − 3 = +1; O liên kết đơn có 6 − 6 − 1 = −1; O liên kết đôi có 0.
• SO₂ dạng O=S=O: mọi nguyên tử đều có điện tích hình thức bằng 0, nhưng S có tới 10 electron.
• SO₃ theo octet: S có 6 − 0 − 4 = +2, mỗi O liên kết đơn có −1.

Trong chương trình Hóa học 10, bài học yêu cầu viết công thức Lewis theo quy tắc octet. Vì vậy, khi làm bài kiểm tra, em nên trình bày dạng octet như ở mục 3 và 4. Nếu đề yêu cầu “điện tích hình thức nhỏ nhất” thì mới dùng dạng octet mở rộng.

Lưu ý thêm: trên thực tế, các liên kết S–O trong mỗi phân tử dài bằng nhau. Liên kết đôi “di chuyển” giữa các nguyên tử O (hiện tượng cộng hưởng), nên vẽ liên kết đôi ở O bên trái hay bên phải đều đúng.

7. Lỗi sai thường gặp

• Đếm thiếu electron: chỉ tính 2 electron lớp ngoài của S vì nhớ nhầm hóa trị II. Thực tế S có 6 electron hóa trị.
• Quên cặp riêng trên S trong SO₂: vẽ O=S–O mà bỏ hai chấm trên S thì tổng chỉ còn 16 electron, sai.
• Vẽ thêm cặp riêng cho S trong SO₃: khi đó S có 10 electron và tổng lên tới 26 electron.
• Chọn O làm nguyên tử trung tâm (khung S–O–O): sai, vì O có độ âm điện lớn hơn S.
• Không đếm lại tổng electron ở cuối bài: đây là bước kiểm tra nhanh nhất mà nhiều bạn bỏ qua.

Mẹo nhớ: “SO₂ còn một cặp, SO₃ sạch trơn”. S trong SO₂ giữ lại 1 cặp riêng, còn S trong SO₃ đã dùng hết electron cho liên kết.

8. Bài luyện tập có đáp án

Bài 1. Viết công thức Lewis của O₃ (ozone).

Đáp án: O₃ có 3 × 6 = 18 electron hóa trị, giống hệt SO₂ vì S và O cùng nhóm VIA. Một nguyên tử O đứng giữa, liên kết đôi với một O và liên kết đơn với O còn lại. O trung tâm có 1 cặp riêng, O liên kết đôi có 2 cặp riêng, O liên kết đơn có 3 cặp riêng. Phân tử có dạng gấp khúc.

Bài 2. Viết công thức Lewis của CO₂ và cho biết C còn cặp electron riêng nào không.

Đáp án: Tổng = 4 + 2 × 6 = 16 electron. Công thức là O=C=O, mỗi O có 2 cặp riêng. C có 2 liên kết đôi, tức là 8 electron, và không có cặp riêng, nên phân tử thẳng hàng.

Bài 3. Một bạn vẽ SO₃ gồm 1 liên kết đôi, 2 liên kết đơn và trên S có thêm 1 cặp electron riêng. Hãy chỉ ra chỗ sai.

Đáp án: Theo cách vẽ đó, tổng electron là 8 (liên kết) + 16 (cặp riêng trên O) + 2 (trên S) = 26 electron, vượt quá 24. Ngoài ra S có 10 electron, không thỏa mãn octet. Cần bỏ cặp riêng trên S.

Câu hỏi thường gặp

SO2 có bao nhiêu electron hóa trị?

SO2 có 18 electron hóa trị: S góp 6 electron và mỗi O góp 6 electron (6 + 2 × 6 = 18), tức là 9 cặp electron.

Trong công thức Lewis của SO2, nguyên tử S có cặp electron riêng không?

Có. Theo quy tắc octet, S trong SO2 có 1 cặp electron riêng, ngoài ra còn 1 liên kết đôi và 1 liên kết đơn với hai nguyên tử O. Cặp riêng này làm cho phân tử SO2 có dạng gấp khúc.

Vì sao S trong SO3 không còn cặp electron riêng?

SO3 có 24 electron hóa trị. Ba nguyên tử O cần tổng cộng 18 electron để làm cặp riêng, phần còn lại dùng hết cho 4 cặp liên kết, nên không còn electron nào cho S. Vì vậy SO3 có dạng tam giác phẳng.

Viết SO2 là O=S=O có sai không?

Không sai. Đây là cách viết theo octet mở rộng, trong đó mọi nguyên tử có điện tích hình thức bằng 0 và S có 10 electron. Tuy nhiên, chương trình Hóa học 10 yêu cầu viết theo quy tắc octet, nên khi làm bài kiểm tra em nên vẽ dạng có một liên kết đôi và một liên kết đơn.

Bài học liên quan

• Cho 2,34 g kim loại M hóa trị n tác dụng H2SO4 đặc nóng dư thu 3,2227 lít SO2
• Fe + Br2 → FeBr3: cân bằng phương trình, hiện tượng và bài tập
• So sánh tương tác van der Waals với liên kết ion (kèm liên kết hydrogen)
• SO2 + O2 → SO3: Cân bằng phương trình, điều kiện và bài tập
• FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2: Cân bằng, hiện tượng và bài tập
• Điện tích của hạt nhân nguyên tử do thành phần nào quyết định?