Công thức electron của Cl2 theo chương trình mới

Trả lời nhanh

Mỗi nguyên tử Cl (Z = 17) có 7 electron lớp ngoài cùng. Hai nguyên tử Cl góp chung mỗi bên 1 electron, tạo thành 1 cặp electron dùng chung. Công thức cấu tạo là Cl–Cl. Trong công thức electron/Lewis, mỗi nguyên tử Cl còn 3 cặp electron chưa liên kết. Vì vậy liên kết trong Cl₂ là liên kết cộng hóa trị đơn, không phân cực, và mỗi nguyên tử Cl đạt octet giống khí hiếm Ar.

1. Vì sao hai nguyên tử Cl lại liên kết với nhau?

Chlorine có số hiệu nguyên tử Z = 17, cấu hình electron là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵. Lớp ngoài cùng (lớp 3) có 2 + 5 = 7 electron, chỉ thiếu 1 electron là đạt cấu hình bền 8 electron của khí hiếm argon (Ar).

Hai nguyên tử Cl giống hệt nhau nên không bên nào “giành” được electron của bên kia. Cách duy nhất để cả hai cùng đủ 8 electron là mỗi bên góp 1 electron, tạo thành một cặp electron dùng chung. Đó là bản chất của liên kết cộng hóa trị trong phân tử Cl₂.

Số electron hóa trị của 1 nguyên tử Cl: 7.
Tổng số electron hóa trị của phân tử Cl₂: 7 × 2 = 14.
Số cặp electron dùng chung: 1 (2 electron).
Số cặp electron chưa liên kết: (14 − 2) : 2 = 6 cặp, tức mỗi Cl có 3 cặp.

2. Ba cách biểu diễn phân tử Cl₂

Theo chương trình Hóa học 10 mới (GDPT 2018), phân tử cộng hóa trị thường được biểu diễn bằng công thức electron, công thức Lewis và công thức cấu tạo. Ba cách này khác nhau ở chỗ có biểu diễn electron chưa liên kết hay không.

Loại công thức	Cách biểu diễn	Với Cl₂
Công thức electron	Mọi electron lớp ngoài cùng đều vẽ bằng dấu chấm; cặp dùng chung đặt giữa hai nguyên tử	Mỗi Cl có 3 cặp chấm riêng, 1 cặp chấm nằm giữa hai Cl
Công thức Lewis	Cặp electron dùng chung thay bằng một gạch nối, electron chưa liên kết vẫn giữ dạng chấm	Một gạch Cl–Cl, mỗi Cl còn 3 cặp chấm xung quanh
Công thức cấu tạo	Chỉ vẽ gạch nối giữa các nguyên tử, bỏ electron chưa liên kết	Cl–Cl

Mẹo nhớ: đi từ công thức electron sang công thức cấu tạo là “bớt dần” chi tiết: thay cặp chấm dùng chung bằng gạch được công thức Lewis, rồi xóa nốt các cặp chấm riêng được công thức cấu tạo.

3. Các bước viết công thức Lewis của Cl₂

Thầy cô thường yêu cầu viết theo quy trình 4 bước. Áp dụng cho Cl₂ như sau:

Đếm tổng số electron hóa trị: 2 × 7 = 14 electron.
Vẽ khung phân tử: chỉ có 2 nguyên tử nên nối trực tiếp Cl–Cl. Liên kết này dùng 2 electron, còn lại 14 − 2 = 12 electron.
Phân bố electron còn lại: chia 12 electron thành 6 cặp, mỗi nguyên tử Cl nhận 3 cặp để đủ octet.
Kiểm tra octet: mỗi Cl có 3 cặp riêng (6 e) cộng 1 cặp dùng chung (2 e), tổng 8 electron. Không cần tạo liên kết đôi.

Nếu ở bước 4 có nguyên tử chưa đủ 8 electron, ta mới chuyển một cặp electron chưa liên kết thành cặp dùng chung (liên kết đôi, ba). Với Cl₂ thì không cần bước này.

4. Đặc điểm liên kết trong phân tử Cl₂

Liên kết cộng hóa trị không phân cực

Hai nguyên tử Cl có độ âm điện bằng nhau (3,16 theo thang Pauling), nên hiệu độ âm điện bằng 0. Cặp electron dùng chung nằm chính giữa hai hạt nhân, không lệch về bên nào. Vì vậy liên kết Cl–Cl là liên kết cộng hóa trị không phân cực, và phân tử Cl₂ cũng không phân cực.

Liên kết σ hình thành do xen phủ orbital p–p

Mỗi nguyên tử Cl có 1 electron độc thân nằm trong orbital 3p. Hai orbital 3p này xen phủ trục (đầu đối đầu dọc theo đường nối hai hạt nhân) tạo thành liên kết σ (sigma). Liên kết đơn luôn là liên kết σ.

Một vài số liệu tham khảo

Độ dài liên kết Cl–Cl khoảng 199 pm.
Năng lượng liên kết Cl–Cl khoảng 243 kJ/mol, nhỏ hơn nhiều so với liên kết ba trong N₂ (khoảng 945 kJ/mol).

Năng lượng liên kết khá nhỏ cho thấy liên kết Cl–Cl tương đối dễ bị phá vỡ. Đây là một trong những lý do chlorine hoạt động hóa học mạnh.

5. Từ cấu tạo đến tính chất của Cl₂

Hiểu công thức electron giúp giải thích nhiều tính chất của Cl₂ mà không cần học thuộc lòng:

Ở điều kiện thường là chất khí: phân tử nhỏ, không phân cực, lực tương tác giữa các phân tử yếu nên Cl₂ là khí màu vàng lục.
Tan vừa phải trong nước, tan tốt hơn trong dung môi không phân cực: theo quy tắc “chất tương tự hòa tan chất tương tự”.
Tính oxi hóa mạnh: mỗi nguyên tử Cl chỉ thiếu 1 electron để đạt octet nên dễ nhận electron.

Hai phản ứng minh họa (đã cân bằng):

2Na + Cl₂ → 2NaCl (đun nóng). Hiện tượng: natri cháy sáng trong khí chlorine, tạo khói trắng là các hạt NaCl.
H₂ + Cl₂ → 2HCl (chiếu sáng hoặc đốt nóng). Hiện tượng: màu vàng lục của chlorine nhạt dần; hỗn hợp có thể nổ khi chiếu sáng mạnh.

Trong cả hai phản ứng, liên kết Cl–Cl bị phá vỡ và nguyên tử Cl chuyển từ số oxi hóa 0 xuống −1.

6. So sánh Cl₂ với các phân tử halogen và hợp chất của chlorine

Phân tử	Công thức cấu tạo	Số cặp e chưa liên kết	Loại liên kết
F₂	F–F	6	Cộng hóa trị không phân cực
Cl₂	Cl–Cl	6	Cộng hóa trị không phân cực
Br₂	Br–Br	6	Cộng hóa trị không phân cực
HCl	H–Cl	3 (đều ở Cl)	Cộng hóa trị phân cực
NaCl	Na⁺ và Cl⁻	Không có cặp dùng chung	Liên kết ion

Các halogen cùng nhóm VIIA đều có 7 electron lớp ngoài cùng nên công thức electron của F₂, Br₂, I₂ có dạng giống hệt Cl₂, chỉ khác kí hiệu nguyên tố. Học kĩ Cl₂ là viết được cả nhóm.

7. Chương trình cũ và chương trình mới khác nhau ở điểm nào?

Chương trình cũ chủ yếu yêu cầu viết “công thức electron” (dấu chấm) và “công thức cấu tạo”.
Chương trình mới nhấn mạnh công thức Lewis, viết theo các bước đếm electron hóa trị và kiểm tra quy tắc octet. Ngoài ra còn yêu cầu giải thích sự hình thành liên kết σ bằng xen phủ orbital và dùng hiệu độ âm điện để phân loại liên kết.

Vì vậy khi làm bài, các em nên trình bày đủ cả ba dạng công thức và nêu được loại liên kết để không bị trừ điểm.

8. Lỗi sai thường gặp

Quên các cặp electron chưa liên kết khi đề yêu cầu công thức electron hoặc Lewis: chỉ vẽ Cl–Cl là chưa đủ.
Vẽ liên kết đôi Cl=Cl: sai, vì mỗi Cl chỉ có 1 electron độc thân, chỉ cần 1 cặp dùng chung là đủ octet.
Đếm sai số electron: vẽ mỗi Cl 4 cặp riêng cộng thêm cặp dùng chung, thành ra 10 electron. Hãy luôn kiểm tra tổng là 14.
Nhầm sang liên kết ion chỉ vì Cl là phi kim mạnh. Liên kết ion chỉ hình thành giữa kim loại điển hình và phi kim điển hình (ví dụ NaCl).
Nói Cl₂ có liên kết phân cực: sai, vì hai nguyên tử giống nhau nên hiệu độ âm điện bằng 0.

9. Bài tập luyện tập có đáp án

Bài 1. Trong phân tử Cl₂, tổng số electron không tham gia liên kết là bao nhiêu?

Đáp án: 14 − 2 = 12 electron (6 cặp).

Bài 2. Tính hiệu độ âm điện và cho biết loại liên kết trong phân tử HCl, biết độ âm điện của H là 2,20 và của Cl là 3,16.

Đáp án: Hiệu độ âm điện = 3,16 − 2,20 = 0,96. Giá trị này nằm trong khoảng 0,4 đến dưới 1,7 nên HCl có liên kết cộng hóa trị phân cực, cặp electron dùng chung lệch về phía Cl.

Bài 3. Viết công thức Lewis của Cl₂O (nguyên tử O ở giữa).

Đáp án: Tổng electron hóa trị = 7 + 6 + 7 = 20. Khung Cl–O–Cl dùng hết 4 electron, còn lại 16 electron. Mỗi Cl nhận 3 cặp (tổng 12 e), O nhận 2 cặp (4 e). Kiểm tra: mỗi nguyên tử đều có 8 electron. Công thức cấu tạo là Cl–O–Cl.

Bài 4. Giải thích vì sao Br₂ có công thức electron giống Cl₂.

Đáp án: Br cũng thuộc nhóm VIIA, có 7 electron lớp ngoài cùng (4s²4p⁵). Vì vậy hai nguyên tử Br cũng góp chung 1 cặp electron và mỗi bên còn 3 cặp chưa liên kết.

Câu hỏi thường gặp

Phân tử Cl2 có mấy cặp electron dùng chung?

Có 1 cặp electron dùng chung, do mỗi nguyên tử Cl góp 1 electron. Vì vậy liên kết trong Cl2 là liên kết đơn Cl–Cl.

Mỗi nguyên tử Cl trong Cl2 có bao nhiêu cặp electron chưa liên kết?

Mỗi nguyên tử Cl có 3 cặp electron chưa liên kết, cả phân tử có 6 cặp. Cộng với cặp dùng chung, mỗi Cl có đủ 8 electron lớp ngoài cùng.

Liên kết trong phân tử Cl2 thuộc loại nào?

Đó là liên kết cộng hóa trị không phân cực, vì hai nguyên tử Cl có độ âm điện bằng nhau. Liên kết này là liên kết σ, hình thành do hai orbital 3p xen phủ trục.

Công thức Lewis khác công thức cấu tạo của Cl2 ở điểm nào?

Công thức Lewis vẫn biểu diễn 3 cặp electron chưa liên kết quanh mỗi Cl bằng dấu chấm. Công thức cấu tạo chỉ ghi gạch nối Cl–Cl.