Công thức Lewis HNO3 và cách viết chi tiết

Trả lời nhanh

Công thức Lewis của HNO₃ là H–O–N(=O)→O: nguyên tử N ở trung tâm, liên kết với ba nguyên tử O; nguyên tử H chỉ liên kết với một nguyên tử O (nhóm –OH), không liên kết trực tiếp với N. Toàn phân tử có 24 electron hóa trị, tức 12 cặp, và mọi nguyên tử đều thỏa mãn quy tắc octet (H có 2 electron).

Đề bài và hướng giải

Đề thường gặp: “Xác định công thức Lewis của nitric acid (HNO₃). Cho biết nguyên tử H liên kết với nguyên tử nào trong phân tử.” Để trả lời, ta cần làm hai việc: dựng khung liên kết (nguyên tử nào nối với nguyên tử nào) và phân bố đủ electron hóa trị sao cho các nguyên tử đạt cấu hình bền.

Kết luận trước để em định hướng: H nối với O, N nối với ba O, trong đó có một liên kết đôi N=O, một liên kết đơn N–O(H) và một liên kết cho – nhận N→O.

Các bước viết công thức Lewis của HNO₃

Bước 1: Đếm tổng số electron hóa trị

Nguyên tử	Số nguyên tử	Electron hóa trị mỗi nguyên tử	Tổng
H (nhóm IA)	1	1	1
N (nhóm VA)	1	5	5
O (nhóm VIA)	3	6	18
Tổng cộng			24 electron = 12 cặp

Bước 2: Chọn nguyên tử trung tâm và dựng khung

H chỉ có 1 electron nên chỉ tạo được một liên kết, không thể làm nguyên tử trung tâm. N có độ âm điện thấp hơn O và cần tạo nhiều liên kết nên làm nguyên tử trung tâm. Ba nguyên tử O bao quanh N.

Vì H phải gắn với một nguyên tử có khả năng nhận electron và đã có liên kết sẵn, H gắn vào một nguyên tử O. Đây cũng đúng với bản chất acid: liên kết O–H phân cực mạnh nên dễ phân li ra ion H⁺.

Khung liên kết: H–O–N với hai nguyên tử O còn lại gắn vào N.

Bước 3: Nối các nguyên tử bằng liên kết đơn

Có 4 liên kết đơn: H–O, O–N, N–O, N–O, dùng hết 4 cặp electron (8 electron). Còn lại 12 − 4 = 8 cặp electron.

Bước 4: Hoàn thiện octet cho các nguyên tử O

O trong nhóm –OH đã có 2 electron dùng chung, cần thêm 2 cặp electron riêng → 2 cặp.
Hai O còn lại, mỗi O cần 3 cặp electron riêng → 6 cặp.

Tổng: 2 + 6 = 8 cặp, vừa đủ số cặp còn lại. Nhưng lúc này N chỉ có 3 liên kết đơn, tức mới có 6 electron xung quanh, chưa đạt octet.

Bước 5: Điều chỉnh để N đạt octet

Chuyển một cặp electron riêng của một nguyên tử O (không gắn H) thành cặp dùng chung với N. Khi đó ta có liên kết đôi N=O. Nguyên tử N lúc này có 4 cặp electron xung quanh (1 + 1 + 2 liên kết) → đủ 8 electron.

Kết quả (viết theo điện tích hình thức):

H–O–N⁺(=O)–O⁻

Trong chương trình lớp 10, người ta thường viết gọn bằng liên kết cho – nhận: N dùng cặp electron riêng của mình cho nguyên tử O, tạo liên kết N→O, ta được H–O–N(=O)→O. Hai cách viết cùng mô tả một cấu trúc; cách thứ hai tránh phải ghi điện tích.

Công thức Lewis của HNO3 với H gắn vào O, N liên kết với ba nguyên tử O — Công thức Lewis của HNO3: H nối với O, N ở trung tâm nối với ba nguyên tử O.

Kiểm tra lại kết quả

Nguyên tử	Số electron xung quanh	Đạt quy tắc?
H	2 (một liên kết đơn)	Đạt (cấu hình He)
O trong –OH	8 (2 liên kết đơn + 2 cặp riêng)	Đạt octet
O liên kết đôi	8 (liên kết đôi + 2 cặp riêng)	Đạt octet
O liên kết cho – nhận	8 (1 liên kết + 3 cặp riêng)	Đạt octet
N	8 (4 cặp liên kết)	Đạt octet

Đếm lại: liên kết (H–O, O–N, N=O, N–O) dùng 5 cặp, cặp electron riêng là 2 + 2 + 3 = 7 cặp, tổng 12 cặp = 24 electron. Khớp với bước 1.

Vì sao H không liên kết với N?

Nguyên tử N đã “đủ chỗ”: N chỉ có 4 orbital hóa trị (2s, 2p), tối đa 4 cặp electron nên không thể nhận thêm liên kết với H.
Tính acid: HNO₃ là acid mạnh vì liên kết O–H phân cực, lại bị nhóm NO₂ hút electron mạnh nên H dễ tách ra: HNO₃ → H⁺ + NO₃⁻.
Nếu H gắn vào N, ta sẽ có cấu trúc khác (đồng phân giả định) không phù hợp thực nghiệm.

Một vài thông tin mở rộng

Hai liên kết N–O của hai nguyên tử O không gắn H thực tế có độ dài gần như bằng nhau. Nguyên nhân là hiện tượng cộng hưởng: liên kết đôi có thể “đổi chỗ” giữa hai O đó. Vì vậy công thức Lewis chỉ là một cách biểu diễn gần đúng.
Liên kết N–O trong nhóm –OH dài hơn hai liên kết N–O còn lại.
Xung quanh N có 3 vùng electron nên 3 nguyên tử O và N cùng nằm trong một mặt phẳng, các góc liên kết gần 120°.

Lỗi sai thường gặp

Viết H–N hoặc để H gắn vào O cuối cùng của liên kết N→O một cách tùy tiện: cần nhớ H nối với một O và nhóm –OH là O liên kết đơn với N.
Cho N có 5 liên kết (ví dụ N=O hai lần + N–O ba lần): N chỉ có tối đa 4 cặp electron liên kết, không mở rộng octet.
Quên cặp electron riêng của O: khi số electron ở bước kiểm tra không đủ 24, thường là do thiếu cặp electron riêng.
Viết liên kết đôi cho cả hai O: sẽ làm N có 5 cặp, vi phạm octet.

Mẹo nhớ nhanh

Nhớ “H–O–NO₂“: H gắn vào O, O gắn vào N, N còn gắn với nhóm NO₂ (một liên kết đôi và một liên kết cho – nhận). Công thức tương tự cho các oxoacid khác: H luôn gắn vào O, không gắn vào nguyên tử trung tâm (ví dụ H₂SO₄, H₃PO₄).

Bài tập tự luyện

Bài 1. Viết công thức Lewis của HNO₂ (nitrous acid). H liên kết với nguyên tử nào?

Đáp án: Tổng electron hóa trị = 1 + 5 + 12 = 18 (9 cặp). Khung: H–O–N–O. Công thức Lewis: H–O–N=O; N có 1 cặp electron riêng, O trong –OH có 2 cặp, O liên kết đôi có 2 cặp (1+… kiểm tra: liên kết 4 cặp + riêng 1 + 2 + 2 = 5 cặp → 9 cặp). H liên kết với O.

Bài 2. Ion nitrate NO₃⁻ có bao nhiêu electron hóa trị? Nêu số cặp electron riêng trong công thức Lewis O=N(→O)–O⁻ viết theo điện tích hình thức.

Đáp án: 5 + 18 + 1 = 24 electron (12 cặp). Công thức: một O có liên kết đôi (2 cặp riêng), hai O còn lại mỗi O có liên kết đơn (3 cặp riêng) → 2 + 3 + 3 = 8 cặp electron riêng; 4 cặp liên kết; tổng 12 cặp. N không có cặp riêng.

Bài 3. So sánh số liên kết σ và π trong phân tử HNO₃.

Đáp án: Có 4 liên kết σ (H–O, O–N, N–O, N=O tính một σ) cộng một σ của liên kết cho – nhận, tổng 5 σ; liên kết π có 1 (trong N=O). Nếu chương trình chỉ tính liên kết cộng hóa trị thông thường, ghi nhận 5 liên kết σ và 1 liên kết π.

Tóm tắt

HNO₃ có 24 electron hóa trị (12 cặp).
N là nguyên tử trung tâm, nối với 3 nguyên tử O; H nối với O.
Công thức Lewis: H–O–N(=O)→O (hoặc H–O–N⁺(=O)–O⁻).
Tất cả nguyên tử đạt octet (H đạt 2 electron).

Câu hỏi thường gặp

Trong phân tử HNO3, nguyên tử H liên kết với nguyên tử nào?

Nguyên tử H liên kết với một nguyên tử oxygen (nhóm –OH), không liên kết trực tiếp với nitrogen. Liên kết O–H phân cực mạnh nên HNO3 là acid mạnh.

HNO3 có bao nhiêu electron hóa trị?

Có 24 electron hóa trị, gồm 1 của H, 5 của N và 3 × 6 = 18 của ba nguyên tử O, tương ứng 12 cặp electron.

Tại sao N trong HNO3 không có 5 liên kết cộng hóa trị?

N chỉ có lớp ngoài cùng với 4 orbital hóa trị (2s, 2p), tối đa chứa 8 electron nên chỉ tạo được 4 cặp liên kết. Công thức N có hóa trị V thường mô tả bằng liên kết cho – nhận hoặc điện tích hình thức.

Công thức Lewis của HNO3 có mấy liên kết đôi?

Có một liên kết đôi N=O. Hai nguyên tử O còn lại tạo liên kết đơn với N, trong đó một O gắn H và một O nhận cặp electron của N (liên kết cho – nhận).