Công thức electron của HCl: Lewis, cấu tạo, giải thích

Trả lời nhanh

Trong phân tử HCl, nguyên tử H (1 electron hóa trị) và nguyên tử Cl (7 electron hóa trị) góp chung 1 cặp electron. Công thức electron là H:Cl, trong đó Cl còn 3 cặp electron riêng. Công thức cấu tạo là H–Cl (một liên kết đơn). Sau khi góp chung, H đạt cấu hình bền giống He, Cl đạt cấu hình bền giống Ar. Liên kết H–Cl là liên kết cộng hóa trị phân cực, cặp electron chung lệch về phía Cl.

1. Cấu hình electron của H và Cl – điểm xuất phát

Muốn viết được công thức electron, trước hết phải biết mỗi nguyên tử có bao nhiêu electron lớp ngoài cùng và cần thêm bao nhiêu electron để đạt cấu hình bền.

Nguyên tử	Z	Cấu hình electron	Số electron hóa trị	Cần thêm để bền
H	1	1s¹	1	1 electron (giống He, 2e)
Cl	17	1s²2s²2p⁶3s²3p⁵	7	1 electron (giống Ar, 8e)

Cả hai nguyên tử đều “thiếu 1 electron”. Vì H và Cl đều là phi kim, không nguyên tử nào chịu nhường hẳn electron cho nguyên tử kia. Cách giải quyết là mỗi bên đóng góp 1 electron để tạo thành 1 cặp electron dùng chung.

2. Công thức electron, công thức Lewis và công thức cấu tạo của HCl

Chương trình Hóa học 10 mới dùng ba cách biểu diễn phân tử cộng hóa trị. Hình dưới đây đặt chúng cạnh nhau để em dễ so sánh.

Công thức electron: mỗi electron hóa trị là một dấu chấm. Cặp electron chung (2 chấm) nằm giữa H và Cl. Ba cặp electron riêng đặt quanh Cl (trên, dưới, bên phải).
Công thức Lewis: thay cặp electron chung bằng một gạch nối “–”, các cặp electron riêng vẫn giữ nguyên dạng dấu chấm.
Công thức cấu tạo: chỉ giữ gạch nối, bỏ các cặp electron riêng. Với HCl thì công thức cấu tạo là H–Cl.

Kiểm tra nhanh: quanh Cl có 3 cặp riêng cộng 1 cặp chung, tức 8 electron, đủ octet. Quanh H chỉ có 1 cặp chung, tức 2 electron, giống khí hiếm He. Tổng số electron hóa trị trong phân tử là 1 + 7 = 8, đúng bằng 4 cặp (1 chung + 3 riêng).

3. Cách viết công thức Lewis của HCl từng bước

Đây là quy trình chung trong sách giáo khoa mới. Em áp dụng cho HCl như sau:

Tính tổng số electron hóa trị: H có 1, Cl có 7, cộng lại được 8 electron, tức 4 cặp.
Vẽ khung phân tử: phân tử chỉ có 2 nguyên tử, nối H với Cl bằng 1 liên kết đơn. Liên kết này dùng hết 2 electron (1 cặp).
Phân bố electron còn lại: còn 8 − 2 = 6 electron, tức 3 cặp. H đã đủ 2 electron nên không nhận thêm. Cả 3 cặp đặt lên Cl.
Kiểm tra quy tắc: Cl có 8 electron (octet), H có 2 electron (duplet). Số electron đã dùng là 2 + 6 = 8, khớp với bước 1.

Mẹo nhớ: nguyên tử H không bao giờ mang cặp electron riêng và chỉ tạo đúng 1 liên kết. Thấy H đứng trong phân tử thì cứ coi nó là “đầu mút” của khung.

4. Vì sao liên kết H–Cl là liên kết cộng hóa trị phân cực?

Hai nguyên tử khác nhau thì hút cặp electron chung với lực khác nhau. Mức độ hút được đo bằng độ âm điện (thang Pauling):

χ(H) = 2,20; χ(Cl) = 3,16.
Hiệu độ âm điện: Δχ = 3,16 − 2,20 = 0,96.

Theo quy ước trong chương trình mới: 0 ≤ Δχ < 0,4 là liên kết cộng hóa trị không phân cực; 0,4 ≤ Δχ < 1,7 là liên kết cộng hóa trị phân cực; Δχ ≥ 1,7 thường là liên kết ion. Giá trị 0,96 rơi vào khoảng giữa, nên H–Cl là liên kết cộng hóa trị phân cực.

Hệ quả là cặp electron chung bị kéo lệch về phía Cl. Nguyên tử Cl mang một phần điện tích âm (kí hiệu δ−), nguyên tử H mang một phần điện tích dương (δ+). Người ta viết H^δ+–Cl^δ−. Chính sự phân cực này giải thích vì sao HCl tan rất tốt trong nước (một dung môi phân cực) và phân li ra H⁺, tạo dung dịch acid hydrochloric.

5. Bản chất liên kết: sự xen phủ orbital

Ở góc độ orbital, liên kết trong HCl được tạo thành do orbital 1s của H (chứa 1 electron) xen phủ với orbital 3p của Cl (orbital chứa 1 electron độc thân). Hai orbital xen phủ dọc theo trục nối hai hạt nhân nên tạo thành liên kết σ (sigma) kiểu s–p.

Đặc điểm của liên kết H–Cl	Giá trị / nhận xét
Loại liên kết	Cộng hóa trị phân cực, liên kết đơn
Kiểu xen phủ	s–p, tạo liên kết σ
Số cặp electron chung	1
Số cặp electron riêng	3 (đều thuộc Cl)
Độ dài liên kết (gần đúng)	khoảng 127 pm
Năng lượng liên kết (gần đúng)	khoảng 431 kJ/mol
Hình dạng phân tử	Thẳng (chỉ có 2 nguyên tử)

6. So sánh HCl với các phân tử gần giống

Đặt HCl cạnh H₂ và Cl₂ sẽ giúp em thấy rõ khi nào liên kết phân cực, khi nào không.

Phân tử	Cặp chung	Cặp riêng	Δχ	Loại liên kết
H₂ (H–H)	1	0	0	Cộng hóa trị không phân cực
Cl₂ (Cl–Cl)	1	6 (mỗi Cl 3 cặp)	0	Cộng hóa trị không phân cực
HCl (H–Cl)	1	3	0,96	Cộng hóa trị phân cực
HBr (H–Br)	1	3	0,76	Cộng hóa trị phân cực

Nhận xét: các hydrogen halide HX đều có cùng kiểu công thức electron (1 cặp chung, 3 cặp riêng trên X) vì các halogen đều có 7 electron hóa trị. Chỉ có mức độ phân cực là khác nhau.

Về điều chế, khí hydrogen chloride có thể tạo ra từ phản ứng trực tiếp giữa hai đơn chất:

H₂ + Cl₂ → 2HCl (điều kiện: ánh sáng hoặc đốt nóng)

Hiện tượng: nếu chiếu ánh sáng mạnh vào hỗn hợp H₂ và Cl₂ theo tỉ lệ 1 : 1 thì phản ứng xảy ra rất nhanh, có thể gây nổ. Màu vàng lục của khí Cl₂ mất đi. Về mặt liên kết, phản ứng này phá vỡ liên kết H–H và Cl–Cl (không phân cực) rồi hình thành liên kết H–Cl (phân cực).

7. Những lỗi sai thường gặp

Vẽ Cl có 4 cặp electron riêng: như vậy quanh Cl sẽ có 10 electron, vượt octet. Thực tế chỉ có 3 cặp riêng, vì 1 trong 4 cặp đã là cặp chung.
Quên các cặp electron riêng trong công thức Lewis: công thức Lewis bắt buộc phải có cặp riêng. Chỉ có công thức cấu tạo mới được bỏ chúng đi.
Viết HCl thành H⁺Cl⁻ như hợp chất ion: phân tử HCl ở thể khí là hợp chất cộng hóa trị. Ion H⁺ và Cl⁻ chỉ xuất hiện khi HCl tan trong nước và phân li.
Đặt cặp electron riêng lên H: lớp ngoài của H chỉ chứa tối đa 2 electron, nên H không có cặp riêng.
Nhầm “phân cực” với “ion”: phân cực chỉ là cặp electron chung bị lệch, chưa bị chuyển hẳn sang một nguyên tử.

8. Bài tập luyện tập có đáp án

Bài 1. Trong phân tử HCl, tổng số electron tham gia tạo liên kết và tổng số electron không tham gia liên kết (thuộc lớp ngoài cùng) lần lượt là bao nhiêu?

Đáp án: 2 electron tham gia liên kết (1 cặp chung) và 6 electron không liên kết (3 cặp riêng trên Cl).

Bài 2. Viết công thức Lewis của phân tử HBr và cho biết nó giống hay khác HCl ở điểm nào.

Đáp án: Br thuộc nhóm VIIA nên có 7 electron hóa trị. Công thức Lewis là H–Br, trên Br có 3 cặp electron riêng, giống hệt dạng của HCl. Điểm khác là Δχ = 2,96 − 2,20 = 0,76, nhỏ hơn 0,96, nên liên kết H–Br kém phân cực hơn liên kết H–Cl.

Bài 3. Cho độ âm điện: H = 2,20; Cl = 3,16; Br = 2,96; I = 2,66. Sắp xếp các liên kết H–Cl, H–Br, H–I theo thứ tự độ phân cực giảm dần.

Đáp án: Δχ lần lượt là 0,96; 0,76; 0,46. Thứ tự giảm dần độ phân cực: H–Cl > H–Br > H–I.

Bài 4. Giải thích vì sao trong phân tử HCl, nguyên tử Cl mang điện tích một phần âm.

Đáp án: Độ âm điện của Cl (3,16) lớn hơn của H (2,20). Vì vậy cặp electron chung bị hút lệch về phía Cl, làm Cl mang điện tích một phần âm (δ−) và H mang điện tích một phần dương (δ+).

9. Tóm tắt cần nhớ

HCl có 8 electron hóa trị: 1 cặp chung giữa H và Cl, 3 cặp riêng trên Cl.
Công thức electron là H:Cl (Cl có thêm 3 cặp chấm), công thức Lewis là H–Cl kèm 3 cặp riêng, công thức cấu tạo là H–Cl.
Liên kết H–Cl là liên kết σ, cộng hóa trị phân cực (Δχ = 0,96), cặp chung lệch về phía Cl.

Câu hỏi thường gặp

Phân tử HCl có bao nhiêu cặp electron chung và bao nhiêu cặp electron riêng?

HCl có 1 cặp electron chung giữa H và Cl, cùng 3 cặp electron riêng, cả 3 cặp đều nằm trên nguyên tử Cl. Nguyên tử H không có cặp electron riêng.

Công thức electron và công thức Lewis của HCl khác nhau thế nào?

Trong công thức electron, mọi electron hóa trị đều được biểu diễn bằng dấu chấm, kể cả cặp chung. Công thức Lewis thay cặp electron chung bằng một gạch nối (H–Cl) và vẫn giữ các cặp electron riêng trên Cl.

Liên kết trong phân tử HCl là liên kết gì?

Đó là liên kết cộng hóa trị phân cực. Hiệu độ âm điện giữa Cl và H là 3,16 − 2,20 = 0,96, thuộc khoảng từ 0,4 đến dưới 1,7, nên cặp electron chung bị lệch về phía Cl.

HCl có phải hợp chất ion không?

Không. Phân tử HCl ở thể khí là hợp chất cộng hóa trị. Chỉ khi tan trong nước, HCl mới phân li thành ion H+ và Cl−, tạo ra dung dịch acid hydrochloric.