Liên kết cộng hoá trị và công thức Lewis

01Kiến thức cần nhớ

1. Liên kết cộng hoá trị

Liên kết cộng hoá trị hình thành khi hai nguyên tử góp chung một hay nhiều cặp electron, để mỗi nguyên tử đạt cấu hình khí hiếm. Thường xảy ra giữa các nguyên tử phi kim.

Loại	Số cặp dùng chung	Kí hiệu	Ví dụ
Liên kết đơn	$1$	$-$	$\mathrm{H-H}$ , $\mathrm{Cl-Cl}$ , $\mathrm{H-Cl}$
Liên kết đôi	$2$	$=$	$\mathrm{O=O}$ , $\mathrm{O=C=O}$
Liên kết ba	$3$	$\equiv$	$\mathrm{N\equiv N}$ , $\mathrm{HC\equiv CH}$

Ví dụ $\mathrm{Cl_2}$ : mỗi $\mathrm{Cl}$ có $7$ electron lớp ngoài, góp $1$ electron để có $1$ cặp chung; mỗi nguyên tử đếm được $8$ electron (cặp chung tính cho cả hai). $\mathrm{N_2}$ : mỗi $\mathrm{N}$ có $5$ electron, góp $3$ để có $3$ cặp chung.

2. Công thức electron, công thức Lewis, công thức cấu tạo

Công thức Lewis: dùng chấm (hoặc gạch) biểu diễn tất cả electron hoá trị. Có hai loại cặp: cặp electron liên kết (nằm giữa hai nguyên tử) và cặp electron riêng (còn gọi cặp không liên kết, thuộc một nguyên tử).
Công thức cấu tạo: mỗi cặp electron liên kết vẽ bằng một gạch, thường bỏ cặp riêng. Ví dụ $\mathrm{H-O-H}$ .

Hệ thức đếm: tổng electron hoá trị $= 2\times(\text{số cặp liên kết} + \text{số cặp riêng})$ , trong đó liên kết đôi tính $2$ cặp, liên kết ba tính $3$ cặp.

Tương tácPhân tử trong 3D và công thức Lewis

Nước

H_{2} O

: Gấp khúc (góc khoảng 104,5°).

tổng electron ho a ˊ trị = 8

cặp li e ˆ n k e ˆ ˊ t = 2, cặp ri e ˆ ng = 2

2 (2 + 2) = 8

khớp với tổng electron hoá trị.

Chọn chất, kéo mô hình để xoay. Liên kết đôi, ba là hai, ba que song song; bật “Cặp electron riêng” để thấy các giọt xanh. Kiểm tra dòng cuối: tổng electron hoá trị luôn bằng 2 × (cặp liên kết + cặp riêng).

3. Vẽ công thức Lewis từng bước

Tổng electron hoá trị $= \sum$ (electron lớp ngoài mỗi nguyên tử). Ion âm: cộng thêm số điện tích; ion dương: trừ đi.
Chọn nguyên tử trung tâm: thường là nguyên tử có nhiều liên kết nhất, độ âm điện nhỏ hơn, không phải $\mathrm{H}$ ( $\mathrm{H}$ chỉ có $1$ liên kết).
Nối nguyên tử trung tâm với các nguyên tử xung quanh bằng liên kết đơn ( $2$ electron mỗi liên kết).
Phân phối electron còn lại thành cặp riêng, ưu tiên cho nguyên tử xung quanh đủ octet ( $\mathrm{H}$ chỉ cần $2$ ).
Nếu nguyên tử trung tâm chưa đủ octet, chuyển cặp riêng của nguyên tử bên cạnh thành thêm liên kết (đôi, ba).
Kiểm tra lại: tổng electron đã dùng bằng tổng electron hoá trị và mọi nguyên tử đủ octet (hydrogen $2$ ).

Tương tácNăm bước vẽ công thức Lewis của CO₂

1. Tổng electron

4 + 2×6 = 16

2. C ở giữa

O C O

3. Nối đơn

O–C–O (4 e)

4. Cặp riêng cho O

còn 12 e: C mới có 4 e

5. Thêm liên kết

O=C=O (16 e)

Đọc từ trái sang phải; ở mỗi bước đếm lại electron của từng nguyên tử.

4. Ion đa nguyên tử

Cách đếm giống phân tử nhưng thêm bước tính điện tích. Ví dụ $\mathrm{NO_3^-}$ : $5 + 3\cdot6 + 1 = 24$ electron. Nguyên tử $\mathrm{N}$ ở giữa nối ba $\mathrm{O}$ ; để $\mathrm{N}$ đủ octet, một nguyên tử $\mathrm{O}$ tạo liên kết đôi $\mathrm{N=O}$ , hai nguyên tử $\mathrm{O}$ còn lại tạo liên kết đơn và mang điện tích $-$ . Vì ba vị trí $\mathrm{O}$ tương đương, trong thực tế điện tích $-1$ chia đều cho ba nguyên tử $\mathrm{O}$ .

Nhiều ion có cùng tổng electron hoá trị: $\mathrm{SO_3}$ , $\mathrm{NO_3^-}$ , $\mathrm{CO_3^{2-}}$ đều có $24$ electron hoá trị.

Tương tácCộng hưởng ở NO₃⁻ và CO₃²⁻

Bấm một nguyên tử O để đặt liên kết đôi ở đó: ba cách viết đều đúng và tương đương, nên thực tế điện tích -1 chia đều cho ba nguyên tử O (cộng hưởng).

Bấm lần lượt ba nguyên tử O: liên kết đôi chuyển sang O đó, cấu trúc vẫn đúng. Vì vậy điện tích âm thực ra chia đều cho ba O.

02Tóm tắt

Ý	Nội dung
Liên kết cộng hoá trị	Dùng chung cặp electron: đơn, đôi, ba
Cặp electron	Liên kết (giữa hai nguyên tử) và riêng (của một nguyên tử)
Hệ thức	Tổng electron hoá trị $= 2(\text{LK} + \text{riêng})$
Ion	Cộng điện tích âm, trừ điện tích dương vào tổng electron
Cách vẽ	Tổng $e$ , nguyên tử trung tâm, nối, cặp riêng đến octet, thêm liên kết bội

03Mở rộng

Liên kết cho – nhận. Trong $\mathrm{NH_4^+}$ , cặp electron riêng của $\mathrm{N}$ trong $\mathrm{NH_3}$ được dùng chung với $\mathrm{H^+}$ (không có electron): cặp liên kết do một nguyên tử đóng góp cả hai electron. Bốn liên kết $\mathrm{N-H}$ trong $\mathrm{NH_4^+}$ hoàn toàn giống nhau.
Cộng hưởng. $\mathrm{NO_3^-}$ , $\mathrm{CO_3^{2-}}$ có thể viết bằng nhiều cấu trúc Lewis chỉ khác vị trí liên kết đôi; cấu trúc thật là sự trung bình, ba liên kết dài bằng nhau.
Điện tích hình thức $=$ (electron hoá trị) $-$ (electron riêng) $-$ (số liên kết): giúp chọn cấu trúc hợp lí; ví dụ trong $\mathrm{NO_3^-}$ , nguyên tử $\mathrm{N}$ có điện tích hình thức $+1$ .

Tiếp theoPhương pháp →

Mục tiêu

Khởi động