Công thức electron của PCl3: cách viết Lewis đủ 26 electron
Lớp 10Hóa học

Công thức electron của PCl3: Lewis, cấu tạo, hình học phân tử

Trả lời nhanh

Trong phân tử PCl3, nguyên tử P (5 electron hoá trị) góp chung 1 electron với mỗi nguyên tử Cl (7 electron hoá trị). Kết quả là có 3 cặp electron chung (3 liên kết đơn P–Cl). P còn 1 cặp electron không liên kết, còn mỗi Cl có 3 cặp. Phân tử có tổng 26 electron hoá trị (13 cặp), mọi nguyên tử đều đạt octet. Hình học phân tử là chóp tam giác, P lai hoá sp3.

1. Cấu hình electron của P và Cl: cơ sở để viết công thức

Muốn viết công thức electron của một phân tử, trước hết ta cần biết mỗi nguyên tử có bao nhiêu electron hoá trị và còn thiếu bao nhiêu electron để đạt cấu hình bền của khí hiếm (quy tắc octet).

Nguyên tố Z Cấu hình electron Electron hoá trị Thiếu để đủ octet Độ âm điện (Pauling)
Phosphorus (P) 15 1s22s22p63s23p3 5 3 2,19
Chlorine (Cl) 17 1s22s22p63s23p5 7 1 3,16

Từ bảng trên, ta thấy P cần thêm 3 electron, còn mỗi Cl chỉ cần 1 electron. Vì vậy, P sẽ tạo 3 liên kết đơn với 3 nguyên tử Cl. Đây cũng là lí do công thức phân tử là PCl3: tỉ lệ 1 : 3 xuất phát từ số electron còn thiếu của mỗi nguyên tử.

2. Các bước viết công thức Lewis của PCl3

Sách Hoá học 10 hiện hành hướng dẫn viết công thức Lewis theo một trình tự cố định. Áp dụng cho PCl3:

  1. Tính tổng số electron hoá trị: 5 (của P) + 3 × 7 (của 3 Cl) = 26 electron, tức 13 cặp.
  2. Chọn nguyên tử trung tâm và vẽ khung: nguyên tử trung tâm thường có độ âm điện nhỏ hơn và tạo được nhiều liên kết nhất, ở đây là P. Nối P với 3 nguyên tử Cl bằng 3 liên kết đơn, dùng hết 3 × 2 = 6 electron.
  3. Phân bố electron cho nguyên tử xung quanh: còn 26 − 6 = 20 electron. Mỗi Cl nhận thêm 6 electron (3 cặp) để đủ octet, cả 3 Cl dùng hết 18 electron.
  4. Đặt electron còn lại lên nguyên tử trung tâm: còn 20 − 18 = 2 electron, tức 1 cặp, đặt lên P.
  5. Kiểm tra octet: P có 3 cặp chung + 1 cặp riêng = 8 electron. Mỗi Cl có 1 cặp chung + 3 cặp riêng = 8 electron. Mọi nguyên tử đã đủ octet nên không cần chuyển cặp riêng thành liên kết đôi.

Kết quả: phân tử PCl3 có 3 cặp electron liên kết và 10 cặp electron không liên kết (1 cặp trên P, 9 cặp trên 3 nguyên tử Cl). Kiểm tra lại: 3 + 10 = 13 cặp = 26 electron, khớp với bước 1.

3. Công thức electron, công thức Lewis và công thức cấu tạo

Ba loại công thức này dễ bị nhầm với nhau. Các em hãy phân biệt như sau:

  • Công thức electron: biểu diễn mọi electron hoá trị bằng dấu chấm (hoặc dấu ×). Cặp electron chung được đặt giữa hai kí hiệu nguyên tử.
  • Công thức Lewis: mỗi cặp electron chung được thay bằng một gạch nối, các cặp electron không liên kết vẫn giữ nguyên dạng dấu chấm.
  • Công thức cấu tạo: chỉ biểu diễn các liên kết bằng gạch nối, bỏ các cặp electron riêng. Với PCl3, ba nguyên tử Cl cùng nối với P bằng liên kết đơn.

Trên hình, chấm xanh là electron của P và chấm cam là electron của Cl. Mỗi cặp electron chung gồm một chấm xanh và một chấm cam, đúng với bản chất “mỗi bên góp một electron” của liên kết cộng hoá trị. Khi đi thi, các em có thể vẽ bằng một loại dấu chấm, miễn là đặt đúng vị trí và đúng số lượng.

4. Bản chất liên kết P–Cl: cộng hoá trị có cực

Hiệu độ âm điện giữa Cl và P là Δχ = 3,16 − 2,19 = 0,97. Theo thang phân loại trong sách giáo khoa:

  • 0 ≤ Δχ < 0,4: liên kết cộng hoá trị không cực;
  • 0,4 ≤ Δχ < 1,7: liên kết cộng hoá trị có cực;
  • Δχ ≥ 1,7: liên kết ion.

Vì 0,4 ≤ 0,97 < 1,7 nên liên kết P–Cl là liên kết cộng hoá trị có cực. Cặp electron chung lệch về phía Cl (độ âm điện lớn hơn): Cl mang một phần điện tích âm, P mang một phần điện tích dương. Cả 3 liên kết đều là liên kết đơn, mỗi liên kết gồm 1 liên kết σ (sigma), và phân tử không có liên kết π.

Về số oxi hoá, cặp electron chung được tính hẳn cho Cl nên Cl có số oxi hoá −1. Suy ra P có số oxi hoá +3 trong PCl3.

5. Hình học phân tử PCl3 và lai hoá của P

Xung quanh nguyên tử P có 4 vùng electron: 3 cặp liên kết và 1 cặp không liên kết. Theo mô hình VSEPR, phân tử có dạng AX3E1. Bốn vùng electron đẩy nhau và sắp xếp theo hướng tứ diện, nhưng hình dạng phân tử chỉ xét vị trí các nguyên tử. Do đó PCl3 có dạng chóp tam giác: P ở đỉnh chóp, 3 nguyên tử Cl ở 3 đỉnh của đáy.

Cặp electron không liên kết chiếm nhiều không gian hơn cặp liên kết nên ép các liên kết P–Cl lại gần nhau. Vì vậy góc liên kết Cl–P–Cl chỉ vào khoảng 100°, nhỏ hơn góc tứ diện 109,5°. Theo thuyết lai hoá (học ở chuyên đề Hoá học 10), nguyên tử P ở trạng thái lai hoá sp3: 3 orbital lai hoá xen phủ với orbital 3p của Cl, orbital lai hoá thứ tư chứa cặp electron riêng.

Phân tử PCl3 phân cực. Cấu trúc chóp không đối xứng nên các vectơ momen lưỡng cực của 3 liên kết P–Cl không triệt tiêu nhau. Phân tử NH3 cũng có dạng AX3E1 nên cũng là chóp tam giác và phân cực. Các em có thể nhớ PCl3 là “anh em hình học” với NH3.

6. So sánh PCl3 với PCl5 và NCl3

Tiêu chí PCl3 PCl5 NCl3
Tổng electron hoá trị 26 40 26
Số liên kết quanh nguyên tử trung tâm 3 5 3
Cặp riêng trên nguyên tử trung tâm 1 0 1
Số electron quanh nguyên tử trung tâm 8 (đúng octet) 10 (vượt octet) 8 (đúng octet)
Hình học Chóp tam giác Lưỡng chóp tam giác Chóp tam giác

P thuộc chu kì 3, lớp ngoài cùng có phân lớp 3d trống nên trong PCl5 P có thể có 10 electron xung quanh (trường hợp “octet mở rộng”). N thuộc chu kì 2, lớp ngoài chỉ có 4 orbital (2s, 2p) nên tối đa chứa 8 electron. Vì vậy có PCl5 nhưng không có NCl5. Đây là câu hỏi vận dụng hay gặp trong đề kiểm tra.

7. Liên hệ: tính chất và phản ứng thường gặp của PCl3

Ở điều kiện thường, PCl3 là chất lỏng không màu và bốc khói trong không khí ẩm. Phân tử có liên kết cộng hoá trị và lực liên kết giữa các phân tử yếu nên chất dễ bay hơi. Một số phản ứng giúp các em hiểu sâu hơn về cấu tạo:

  • Điều chế bằng cách cho P tác dụng với lượng clo vừa đủ (không dư), đun nóng: 2P + 3Cl2 → 2PCl3 (t°).
  • Phản ứng tiếp với clo nhờ P còn cặp electron riêng và số oxi hoá +3 trung gian: PCl3 + Cl2 ⇌ PCl5.
  • Thuỷ phân mạnh trong nước, tạo khói HCl: PCl3 + 3H2O → H3PO3 + 3HCl.

8. Lỗi sai thường gặp khi viết công thức electron của PCl3

  • Quên cặp electron riêng trên P: cách vẽ này chỉ có 24 electron, thiếu 2 so với tổng 26, và P chỉ có 6 electron xung quanh. Đây là lỗi bị trừ điểm nhiều nhất.
  • Vẽ thiếu cặp riêng trên Cl: mỗi Cl phải có đủ 3 cặp riêng, tổng cộng 9 cặp cho 3 Cl.
  • Cho rằng PCl3 là tam giác phẳng vì nhầm với BF3. Trong BF3, B không có cặp riêng (AX3) nên phân tử phẳng. PCl3 có cặp riêng nên có dạng chóp.
  • Chọn Cl làm nguyên tử trung tâm: Cl chỉ cần 1 electron nên thường chỉ tạo 1 liên kết. Nguyên tử trung tâm phải là P.

Mẹo nhớ nhanh: “P năm, thiếu ba, nối ba, dư một cặp”. P có 5 electron hoá trị, thiếu 3 electron nên tạo 3 liên kết, và còn lại 1 cặp electron riêng.

9. Bài tập luyện tập có đáp án

Bài 1. Trong phân tử PCl3, tổng số cặp electron không liên kết là bao nhiêu?

Đáp án: 10 cặp (1 cặp trên P và 3 × 3 = 9 cặp trên Cl).

Bài 2. Viết công thức Lewis của NCl3 và cho biết hình học phân tử.

Đáp án: Tổng electron hoá trị là 5 + 21 = 26. N ở trung tâm tạo 3 liên kết đơn N–Cl, N còn 1 cặp riêng và mỗi Cl có 3 cặp riêng. Phân tử có dạng AX3E1 nên là chóp tam giác, giống PCl3.

Bài 3. Cho các chất: PCl3, BCl3, CCl4. Chất nào là phân tử phân cực? Giải thích.

Đáp án: Chỉ PCl3 phân cực vì có cấu trúc chóp tam giác không đối xứng. BCl3 có dạng tam giác phẳng đều, CCl4 có dạng tứ diện đều. Ở hai chất này, momen lưỡng cực của các liên kết triệt tiêu nhau nên phân tử không phân cực.

Bài 4. Dựa vào độ âm điện, hãy cho biết liên kết P–Cl thuộc loại nào và cặp electron chung lệch về phía nguyên tử nào.

Đáp án: Δχ = 0,97, nằm trong khoảng từ 0,4 đến dưới 1,7, nên đây là liên kết cộng hoá trị có cực. Cặp electron chung lệch về phía Cl.

Câu hỏi thường gặp

PCl3 có bao nhiêu cặp electron liên kết và không liên kết?

PCl3 có 3 cặp electron liên kết (3 liên kết đơn P–Cl) và 10 cặp electron không liên kết: 1 cặp trên P và 9 cặp trên 3 nguyên tử Cl. Tổng cộng là 13 cặp, tức 26 electron hoá trị.

Nguyên tử P trong PCl3 có thoả mãn quy tắc octet không?

Có. P có 3 cặp electron chung và 1 cặp electron riêng, tổng cộng 8 electron xung quanh. Trường hợp P vượt octet là PCl5, khi đó P có 10 electron xung quanh.

Hình học phân tử PCl3 là gì?

PCl3 có dạng chóp tam giác (kiểu AX3E1 theo VSEPR) và nguyên tử P lai hoá sp3. Góc liên kết Cl–P–Cl vào khoảng 100°, nhỏ hơn 109,5° vì cặp electron riêng trên P đẩy các liên kết lại gần nhau.

PCl3 là phân tử phân cực hay không phân cực?

PCl3 là phân tử phân cực. Liên kết P–Cl có cực (hiệu độ âm điện khoảng 0,97), và cấu trúc chóp không đối xứng nên momen lưỡng cực của các liên kết không triệt tiêu nhau.

Bài học liên quan