Lớp 10Hóa học

Công thức Lewis của N2: cách vẽ từng bước, liên kết ba và độ bền

Trả lời nhanh

Công thức Lewis của N2 là :N≡N: (hay viết |N≡N|). Hai nguyên tử nitrogen góp chung 3 cặp electron tạo liên kết ba, gồm 1 liên kết σ và 2 liên kết π; mỗi nguyên tử còn 1 cặp electron riêng. Tổng số electron hóa trị là 10, và mỗi nguyên tử N đều đạt octet (8 electron) giống khí hiếm neon.

Vì sao N2 phải dùng liên kết ba?

Nitrogen có Z = 7, cấu hình electron 1s22s22p3. Lớp ngoài cùng có 5 electron, nên mỗi nguyên tử N còn thiếu 3 electron để đạt cấu hình bền của neon. Hai nguyên tử N giống hệt nhau, không bên nào nhường hay nhận electron, vì vậy chúng góp chung. Mỗi bên góp 3 electron, tạo thành 3 cặp electron dùng chung – đó chính là liên kết ba.

Cách nhớ nhanh: số liên kết một nguyên tử phi kim thường tạo ra bằng 8 trừ số electron lớp ngoài cùng. Với N: 8 − 5 = 3 liên kết.

Cách vẽ công thức Lewis của N2 từng bước

  1. Tính tổng số electron hóa trị: 2 × 5 = 10 electron (5 cặp).
  2. Vẽ khung phân tử: nối hai nguyên tử bằng một liên kết đơn N–N, dùng hết 2 electron, còn lại 8 electron.
  3. Phân bố electron còn lại: đặt 8 electron dưới dạng cặp lên các nguyên tử. Nếu nguyên tử thứ nhất nhận 3 cặp thì đã đủ 8 electron, nhưng nguyên tử thứ hai chỉ có 1 cặp riêng cộng 1 cặp liên kết, tức 4 electron – còn thiếu 4.
  4. Chuyển cặp electron riêng thành cặp dùng chung: lấy 2 cặp electron riêng của nguyên tử thứ nhất đưa vào vùng liên kết. Liên kết đơn trở thành liên kết ba, mỗi N còn 1 cặp riêng.
  5. Kiểm tra: mỗi N có 3 cặp dùng chung (6 electron) + 1 cặp riêng (2 electron) = 8 electron. Tổng: 6 + 2 + 2 = 10 electron, đúng bằng bước 1.

Các cách biểu diễn phân tử N2

Cách biểu diễn N2 Ghi chú
Công thức phân tử N2 Chỉ cho biết số nguyên tử
Công thức electron :N:::N: Mọi electron hóa trị đều là dấu chấm; 3 cặp chấm ở giữa là cặp dùng chung
Công thức Lewis :N≡N: hoặc |N≡N| Cặp dùng chung là gạch nối, cặp riêng là hai chấm (hoặc một gạch)
Công thức cấu tạo N≡N Chỉ thể hiện liên kết, bỏ cặp electron riêng

Học sinh hay lẫn công thức Lewis với công thức cấu tạo. Điểm khác nhau nằm ở cặp electron riêng: Lewis phải có, công thức cấu tạo thì không bắt buộc. Nếu đề yêu cầu “công thức Lewis” mà em chỉ viết N≡N sẽ bị trừ điểm.

Đặc điểm liên kết trong phân tử N2

  • Loại liên kết: cộng hóa trị không phân cực, vì hai nguyên tử giống nhau, hiệu độ âm điện bằng 0.
  • Thành phần liên kết ba: 1 liên kết σ (xen phủ trục) và 2 liên kết π (xen phủ bên).
  • Năng lượng liên kết: khoảng 945 kJ/mol – thuộc loại lớn nhất trong các phân tử hai nguyên tử thường gặp.
  • Độ dài liên kết: khoảng 110 pm, ngắn hơn nhiều so với liên kết đơn N–N.

Quy luật cần nhớ: giữa cùng hai nguyên tử, liên kết càng bội (đơn → đôi → ba) thì càng ngắn và càng bền.

Công thức Lewis giải thích được tính chất gì của N2?

Vì liên kết ba rất bền, muốn N2 phản ứng phải cung cấp nhiều năng lượng để phá vỡ nó. Do đó ở nhiệt độ thường, nitrogen gần như trơ; không khí chứa khoảng 78% N2 theo thể tích nhưng thức ăn, kim loại trong không khí không bị nitrogen phá hủy. Người ta còn bơm N2 vào túi bánh snack để chống oxi hóa, giữ bánh giòn.

Chỉ ở điều kiện khắc nghiệt N2 mới phản ứng, ví dụ:

  • N2 + O2 ⇌ 2NO (tia lửa điện hoặc khoảng 3000 °C, xảy ra khi có sét).
  • N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 (nhiệt độ cao, áp suất cao, xúc tác Fe) – quá trình sản xuất ammonia trong công nghiệp.

So sánh với một số phân tử khác

Phân tử Tổng e hóa trị Liên kết Cặp e riêng
N2 10 1 liên kết ba Mỗi N: 1 cặp
O2 12 1 liên kết đôi Mỗi O: 2 cặp
NH3 8 3 liên kết đơn N–H N: 1 cặp
HCN 10 H–C đơn, C≡N ba N: 1 cặp

Để ý: trong cả N2, NH3 và HCN, nguyên tử N luôn tạo 3 liên kết và giữ 1 cặp electron riêng. Đây là “dấu hiệu nhận diện” giúp em vẽ nhanh mọi phân tử chứa nitrogen ở lớp 10.

Lỗi sai thường gặp

  • Vẽ liên kết đôi N=N với 2 cặp riêng mỗi bên: tổng thành 12 electron, thừa so với 10.
  • Vẽ liên kết ba nhưng quên cặp electron riêng, khiến mỗi N chỉ có 6 electron.
  • Đếm nhầm số electron hóa trị của N là 3 (nhầm với số electron độc thân ở phân lớp 2p).

Bài tập luyện tập có đáp án

Bài 1. Trong phân tử N2 có bao nhiêu cặp electron dùng chung và bao nhiêu cặp electron chưa liên kết?

Đáp án: 3 cặp dùng chung, 2 cặp chưa liên kết (mỗi N một cặp), tổng 5 cặp = 10 electron.

Bài 2. Viết công thức Lewis của NH3.

Đáp án: tổng electron hóa trị 5 + 3 × 1 = 8. N ở trung tâm, tạo 3 liên kết đơn với 3 nguyên tử H, còn 1 cặp electron riêng trên N. Mỗi H đạt 2 electron như heli.

Bài 3. Viết công thức Lewis của HCN và cho biết số liên kết σ, π.

Đáp án: tổng electron hóa trị 1 + 4 + 5 = 10. Công thức H–C≡N:, có 2 liên kết σ (H–C và một trong C≡N) và 2 liên kết π.

Câu hỏi thường gặp

Công thức Lewis của N2 viết như thế nào?

Viết là :N≡N: (hoặc |N≡N|): hai nguyên tử N liên kết ba với nhau và mỗi nguyên tử còn một cặp electron riêng.

Phân tử N2 có bao nhiêu electron hóa trị?

Có 10 electron hóa trị, vì mỗi nguyên tử nitrogen có 5 electron lớp ngoài cùng.

Liên kết trong N2 gồm mấy liên kết σ và π?

Liên kết ba trong N2 gồm 1 liên kết σ và 2 liên kết π; đây là liên kết cộng hóa trị không phân cực.

Vì sao N2 kém hoạt động ở nhiệt độ thường?

Vì liên kết ba N≡N rất bền (năng lượng liên kết khoảng 945 kJ/mol), cần nhiều năng lượng mới phá vỡ được nên N2 chỉ phản ứng ở điều kiện nhiệt độ cao, tia lửa điện hoặc có xúc tác.

Bài học liên quan