Trả lời nhanh
Công thức electron của C2H6 gồm 14 electron hóa trị, xếp thành 7 cặp liên kết: một cặp giữa hai cacbon và sáu cặp C–H. Phân tử không có electron tự do. Vì vậy công thức Lewis trùng công thức cấu tạo, viết rút gọn là CH3–CH3. Mỗi nguyên tử cacbon gắn bốn liên kết đơn và có dạng tứ diện.
Đếm electron hóa trị trước khi vẽ
Cacbon có số hiệu nguyên tử 6, cấu hình electron 1s2 2s2 2p2. Lớp ngoài cùng có 4 electron, nên mỗi nguyên tử C góp 4 electron hóa trị. Hiđro có cấu hình 1s1, mỗi nguyên tử H góp 1 electron hóa trị.
Phân tử C2H6 có 2 nguyên tử C và 6 nguyên tử H. Tổng số electron hóa trị là 4 × 2 + 1 × 6 = 14. Mười bốn electron thành 7 cặp. Đây là số cặp em phải vẽ hết, không thêm và không bớt.
Quy tắc bền của hai nguyên tố này không giống nhau. Cacbon đủ 8 electron quanh mình thì đạt octet. Hiđro chỉ cần 2 electron, tức một cặp, mới đạt cấu hình của heli. Một số bài ghi nhầm rằng hiđro cũng “cần thêm electron để đạt octet”. Cách nói đó không đúng: hiđro không có octet.
Khi hình thành etan, mỗi C dùng 1 electron góp chung với C kia và 3 electron góp chung với 3 nguyên tử H. Mỗi H góp nốt 1 electron vào liên kết C–H. Sau khi góp, mỗi C được bao bởi 8 electron, mỗi H được bao bởi 2 electron.
Công thức electron và công thức Lewis
Công thức electron dùng dấu chấm hoặc dấu hai chấm để chỉ electron. Với etan, em đặt hai chữ C cạnh nhau, viết một cặp chấm giữa chúng, rồi gắn mỗi C với ba chữ H, mỗi đường C–H là một cặp chấm. Không còn chấm nào đứng một mình trên C hay trên H.
Đếm lại trên hình: 1 cặp C–C cộng 6 cặp C–H bằng 7 cặp, đúng 14 electron. Nếu em vẽ thêm một cặp chấm trên cacbon, em đã vẽ thừa và nguyên tử đó không còn đúng hóa trị 4.
Công thức Lewis chỉ đổi cách viết: mỗi cặp electron liên kết được thay bằng một gạch “–”. Etan có bảy gạch đơn. Vì không có electron tự do để giữ lại dưới dạng chấm, công thức Lewis của C2H6 trông giống hệt công thức cấu tạo đầy đủ.
Hình vẽ bảy gạch ấy theo kiểu khai triển: hai cacbon ở giữa, mỗi cacbon mang ba hiđro. Đây là công thức mặt phẳng để đếm liên kết. Ngoài không gian, sáu nguyên tử không nằm trên cùng một mặt giấy.
Độ âm điện Pauling của C là 2,55 và của H là 2,20. Hiệu 2,55 − 2,20 = 0,35. Hiệu này nhỏ hơn 0,4, nên liên kết C–H trong etan được xếp là liên kết cộng hóa trị không phân cực. Liên kết C–C nối hai nguyên tử cùng nguyên tố, hiệu độ âm điện bằng 0, cũng không phân cực. Phân tử không có cặp electron tự do và các liên kết phân bố đối xứng, nên etan gần như không có momen lưỡng cực.
Công thức cấu tạo và hình dạng phân tử
Từ công thức Lewis, bỏ mọi electron không tham gia liên kết thì được công thức cấu tạo. Etan không có electron loại đó, nên công thức cấu tạo không mất gạch nào. Viết gọn, người ta nhóm ba H của mỗi cacbon: CH3–CH3 hoặc H3C–CH3. Hai cách này là cùng một chất, tên là etan, thuộc dãy ankan.
Công thức phân tử C2H6 chỉ cho biết số nguyên tử. Công thức cấu tạo cho biết nguyên tử nào nối với nguyên tử nào. Hai phân tử có cùng công thức phân tử vẫn có thể khác nhau nếu cách nối khác, nhưng với C2H6 chỉ có một cách nối bền: hai cacbon nối với nhau và mỗi cacbon no ba hiđro. Etan không có đồng phân cấu tạo.
Mỗi cacbon mang bốn liên kết đơn, hướng về bốn đỉnh của một tứ diện. Góc liên kết khoảng 109,5°. Liên kết đơn C–C quay được ở nhiệt độ thường, nên các nhóm CH3 không bị khóa cứng như liên kết đôi. Dạng so le, các liên kết C–H của hai cacbon né nhau, bền hơn dạng che khuất.
Etan là hidrocacbon no. Một phản ứng tiêu biểu là cháy hoàn toàn. Cân bằng với hệ số nguyên:
2C2H6 + 7O2 → 4CO2 + 6H2O.
Kiểm tra nguyên tử: cacbon 4 ở hai vế, hiđro 12 ở hai vế, oxi 14 ở hai vế. Nếu viết một phân tử etan thì oxi là 7/2: C2H6 + 7/2 O2 → 2CO2 + 3H2O. Nhân cả phương trình với 2 để tránh phân số khi cần hệ số nguyên.
Phân biệt C2H6 với C2H4 và C2H2
Ba công thức hay bị vẽ nhầm vì cùng có hai cacbon. Em phân biệt bằng số electron và loại liên kết giữa hai cacbon, không phân biệt bằng cách nhìn chữ C.
| Phân tử | Electron hóa trị | Liên kết giữa hai C | Hình dạng quanh C |
|---|---|---|---|
| C2H6 etan | 14 | một liên kết đơn | tứ diện, khoảng 109,5° |
| C2H4 eten | 12 | một liên kết đôi | phẳng, khoảng 120° |
| C2H2 etin | 10 | một liên kết ba | thẳng, 180° |
Eten: 4 × 2 + 1 × 4 = 12 electron, tức 6 cặp. Hai cặp nằm giữa hai cacbon, bốn cặp còn lại là bốn liên kết C–H. Không có electron tự do. Nếu em vẽ etan mà để liên kết đôi giữa hai C thì số H không còn đủ chỗ, và em đã dùng sai số electron của C2H4.
Etin: 4 × 2 + 1 × 2 = 10 electron, tức 5 cặp. Ba cặp giữa hai cacbon, hai cặp còn lại là hai liên kết C–H. Phân tử thẳng. Etin cũng không có electron tự do, nhưng công thức cấu tạo là H–C≡C–H, không phải CH3–CH3.
Bài 1. Vì sao công thức cấu tạo của etan trùng công thức Lewis? Vì không có electron tự do để xóa khi chuyển từ Lewis sang cấu tạo. Mọi cặp đều đã là gạch liên kết.
Bài 2. Một học sinh vẽ C2H6 với một cặp chấm trên mỗi cacbon và chỉ năm gạch liên kết. Chỉ ra lỗi. Năm gạch là 10 electron, thêm hai cặp chấm là 4 electron, tổng 14 electron nên số electron thì đủ, nhưng mỗi cacbon lúc đó không còn bốn liên kết. Hiđro cũng không đủ sáu nguyên tử nếu chỉ có năm liên kết mà hai cặp đã thành electron tự do. Cách vẽ đúng là bảy gạch và không có chấm riêng.
Bài 3. Viết công thức cấu tạo rút gọn của etan và cho biết góc liên kết gần đúng. Đáp án: CH3–CH3, góc khoảng 109,5°.
Bài 4. Đốt cháy 1 mol C2H6 cần bao nhiêu mol O2 để cho CO2 và H2O? Từ phương trình C2H6 + 7/2 O2 → 2CO2 + 3H2O, cần 3,5 mol O2 và thu 2 mol CO2 cùng 3 mol H2O.
Bài 5. C2H6 và C2H4 hơn kém nhau những gì về cặp electron liên kết? Etan có 7 cặp, eten có 6 cặp. Chỗ khác nhau nằm ở liên kết giữa hai cacbon: etan một cặp, eten hai cặp, và eten ít hơn etan đúng hai nguyên tử H.
Câu hỏi thường gặp
Công thức electron của C2H6 có bao nhiêu cặp electron?
Có 7 cặp, tất cả đều là cặp liên kết: 1 cặp C–C và 6 cặp C–H. Không có cặp electron tự do.
Công thức cấu tạo rút gọn của etan là gì?
CH3–CH3. Công thức này trùng công thức Lewis vì etan không còn electron tự do để bỏ đi.
Hiđro trong C2H6 có đạt octet không?
Không. Hiđro chỉ cần 2 electron. Octet 8 electron là quy tắc của cacbon trong phân tử này.
Liên kết C–H trong etan có phân cực không?
Hiệu độ âm điện khoảng 0,35, nhỏ hơn 0,4, nên liên kết C–H được coi là cộng hóa trị không phân cực.
C2H6 khác C2H4 ở điểm nào khi đếm electron?
Etan có 14 electron hóa trị và liên kết đơn C–C. Eten có 12 electron hóa trị và liên kết đôi C=C.