Công thức Lewis của PCl3: P ở giữa, 26 electron hóa trị
Lớp 10Hóa học

Công thức Lewis của PCl3: cách viết, hình dạng phân tử và cực tính

Trả lời nhanh

Công thức Lewis của PCl3 có nguyên tử P ở giữa, nối với 3 nguyên tử Cl bằng 3 liên kết đơn P–Cl. Trên P còn 1 cặp electron riêng, mỗi Cl có 3 cặp electron riêng. Tổng số electron hoá trị là 5 + 3×7 = 26, nên mọi nguyên tử đều đạt octet.

Công thức Lewis là gì? Vì sao cần viết cho PCl3?

Công thức Lewis biểu diễn các electron hoá trị của nguyên tử trong phân tử: dấu gạch (hoặc hai chấm) cho cặp electron liên kết, hai chấm đứng cạnh nhau cho cặp electron riêng. Nhờ nó ta biết nguyên tử nào nối với nguyên tử nào, có bao nhiêu liên kết và còn bao nhiêu cặp electron chưa tham gia liên kết.

Với PCl3 (phosphorus trichloride), công thức Lewis là bước đầu để suy ra dạng hình học, góc liên kết và tính phân cực. Đây là dạng bài quen thuộc khi học chương liên kết hoá học ở lớp 10.

Các bước viết công thức Lewis của PCl3

Bước 1: Xác định electron hoá trị

Nguyên tử Z Cấu hình electron Electron hoá trị
P 15 1s22s22p63s23p3 5
Cl 17 1s22s22p63s23p5 7

Tổng electron hoá trị của phân tử: 5 + 3 × 7 = 26 electron, tức 13 cặp.

Bước 2: Chọn nguyên tử trung tâm và nối các nguyên tử

Nguyên tử trung tâm thường là nguyên tử có độ âm điện thấp hơn và cần nhiều electron để đạt cấu hình bền hơn. Cl chỉ cần 1 electron nên chỉ tạo 1 liên kết, do đó Cl ở ngoài, P ở giữa. Nối P với mỗi Cl bằng một cặp electron: dùng hết 3 cặp (6 electron), còn 26 − 6 = 20 electron (10 cặp).

Bước 3: Phân bố electron còn lại thành cặp riêng

Đặt electron cho các nguyên tử ngoài trước để mỗi Cl đủ 8 electron: mỗi Cl nhận 3 cặp riêng (6 electron), tổng 3 × 6 = 18 electron. Còn 20 − 18 = 2 electron, tức 1 cặp, đặt lên P.

Bước 4: Kiểm tra octet và số electron

  • P: 3 cặp liên kết × 2 + 1 cặp riêng × 2 = 8 electron → đủ octet.
  • Mỗi Cl: 1 cặp liên kết + 3 cặp riêng = 8 electron → đủ octet.
  • Tổng: 6 (liên kết) + 18 (riêng của Cl) + 2 (riêng của P) = 26 electron, khớp bước 1.
Công thức Lewis của PCl3 với P ở giữa, ba liên kết đơn P–Cl, một cặp electron riêng trên P và ba cặp electron riêng trên mỗi Cl
Công thức Lewis của PCl3: 3 liên kết đơn, 10 cặp electron riêng (chấm vàng).

Cách viết gọn

Có thể ghi: Cl–P(:)–Cl với Cl còn lại ở dưới, mỗi Cl có 3 cặp chấm, P có 1 cặp chấm. Trong bài kiểm tra, nhớ vẽ đủ cặp electron riêng, vì thiếu chúng là lỗi bị trừ điểm thường gặp nhất.

Bảng tóm tắt cấu trúc Lewis của PCl3

Đại lượng Giá trị
Tổng electron hoá trị 26
Số liên kết cộng hoá trị (đều là liên kết đơn) 3 (P–Cl)
Cặp electron liên kết 3
Cặp electron riêng 10 (1 trên P, 9 trên 3 nguyên tử Cl)
Số electron quanh P 8 (đạt octet)

Dạng hình học của phân tử PCl3

Quanh P có 4 vùng electron: 3 cặp liên kết và 1 cặp riêng, theo mô hình đẩy giữa các cặp electron (VSEPR) phân tử thuộc kiểu AX3E. Bốn vùng hướng về bốn đỉnh của một tứ diện, nhưng chỉ có 3 đỉnh là nguyên tử Cl, nên hình dạng phân tử là chóp tam giác (tháp tam giác) với P ở đỉnh.

  • Góc liên kết Cl–P–Cl khoảng 100°, nhỏ hơn góc tứ diện lí tưởng 109,5°, vì cặp electron riêng chiếm nhiều chỗ hơn và đẩy các cặp liên kết lại gần nhau.
  • Nguyên tử P ở trạng thái lai hoá sp3 (nội dung mở rộng, chương trình chuyên sâu mới đề cập).

Mẹo nhớ: “3 liên kết + 1 cặp riêng = chóp tam giác”; “4 liên kết + 0 cặp riêng = tứ diện đều” (như CH4).

PCl3 có phân cực không?

Độ âm điện theo Pauling: P = 2,19; Cl = 3,16. Hiệu độ âm điện là 0,97, nằm trong khoảng 0,4 đến dưới 1,7, nên liên kết P–Cl là liên kết cộng hoá trị phân cực (lệch về phía Cl).

Vì phân tử có dạng chóp, ba vectơ momen lưỡng cực P→Cl không triệt tiêu nhau (còn cặp electron riêng làm phân tử mất đối xứng). Do đó PCl3 là phân tử phân cực, tan và phản ứng được với nước.

So sánh PCl3 với một số phân tử tương tự

Phân tử Electron hoá trị Quanh nguyên tử trung tâm Dạng hình học
NH3 8 3 cặp liên kết, 1 cặp riêng Chóp tam giác (góc ~107°)
PCl3 26 3 cặp liên kết, 1 cặp riêng Chóp tam giác (góc ~100°)
BF3 24 3 cặp liên kết, 0 cặp riêng Tam giác phẳng (120°)
PCl5 40 5 cặp liên kết, 0 cặp riêng Lưỡng tháp tam giác

PCl3 và PCl5 khác nhau ở chỗ: trong PCl5, P có 10 electron, vượt octet. Điều này chỉ xảy ra với nguyên tố từ chu kì 3 trở đi nhờ có phân lớp 3d trống. Nitrogen ở chu kì 2 không tạo được NCl5 kiểu như vậy.

Một vài tính chất liên quan đến cấu tạo

  • Điều chế: 2P + 3Cl2 → 2PCl3 (đun nóng, Cl2 thiếu). Sản phẩm là chất lỏng không màu.
  • Thuỷ phân mạnh: PCl3 + 3H2O → H3PO3 + 3HCl. Hiện tượng: bốc khói trắng trong không khí ẩm do HCl tạo thành.
  • Cặp electron riêng trên P giúp PCl3 có thể đóng vai trò chất cho cặp electron (tạo phức) hoặc bị oxi hoá thành PCl5, POCl3.

Lỗi sai thường gặp khi viết công thức Lewis của PCl3

  1. Quên cặp electron riêng của P, chỉ vẽ 3 liên kết, dẫn đến P chỉ có 6 electron và tưởng là chưa đạt octet.
  2. Vẽ liên kết đôi P=Cl để “cho P đủ 10 electron”. Không cần, vì P đã đủ octet với liên kết đơn.
  3. Thiếu cặp riêng của Cl: mỗi Cl phải có 3 cặp.
  4. Cho rằng phân tử phẳng giống BF3. Do có cặp riêng trên P nên PCl3 là chóp tam giác.
  5. Đếm sai tổng electron: chỉ nhớ 26 = 5 + 21, đừng viết 5 + 7.

Bài luyện tập có đáp án

Bài 1. Viết công thức Lewis của PBr3 và cho biết tổng số cặp electron riêng.

Đáp án: Br cùng nhóm VIIA với Cl nên tổng electron hoá trị là 5 + 3×7 = 26. Cấu trúc tương tự PCl3: 3 liên kết P–Br, mỗi Br có 3 cặp riêng, P có 1 cặp riêng, tổng 10 cặp electron riêng.

Bài 2. Tính tổng electron hoá trị của PCl5 và cho biết số electron xung quanh P.

Đáp án: 5 + 5×7 = 40 electron. P có 5 cặp liên kết, không có cặp riêng, nên xung quanh P có 10 electron (mở rộng octet).

Bài 3. Giải thích vì sao góc liên kết trong PCl3 (~100°) nhỏ hơn 109,5°.

Đáp án: Cặp electron riêng của P chịu lực hút của một hạt nhân, choán nhiều không gian hơn nên đẩy mạnh các cặp liên kết, làm góc Cl–P–Cl bị ép nhỏ lại so với góc tứ diện.

Ghi nhớ nhanh

  • PCl3: 26 electron hoá trị, 3 liên kết đơn P–Cl, 10 cặp electron riêng.
  • P và Cl đều đạt octet; P ở trung tâm.
  • Dạng chóp tam giác, góc ~100°, phân tử phân cực.
  • Thuỷ phân tạo H3PO3 và HCl.

Câu hỏi thường gặp

Công thức Lewis của PCl3 có bao nhiêu cặp electron riêng?

Có 10 cặp electron riêng: 1 cặp trên nguyên tử P và 3 cặp trên mỗi nguyên tử Cl (3×3 = 9). Ngoài ra có 3 cặp electron liên kết P–Cl.

Tổng số electron hoá trị của PCl3 là bao nhiêu?

Là 26 electron: P đóng góp 5 electron, mỗi Cl đóng góp 7 electron, tổng 5 + 3×7 = 26.

PCl3 có dạng hình học gì và có phân cực không?

PCl3 có dạng chóp tam giác (kiểu AX3E), góc Cl–P–Cl khoảng 100°. Do hình dạng bất đối xứng và liên kết P–Cl phân cực nên phân tử PCl3 phân cực.

Vì sao P trong PCl3 không cần tạo liên kết đôi?

Vì với 3 liên kết đơn và 1 cặp electron riêng, P đã có 8 electron, đạt octet. Liên kết đôi chỉ làm tăng số electron quanh P lên quá mức cần thiết.

Bài học liên quan