Chào các em học sinh yêu quý của cô! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục một dạng bài tập quen thuộc trong chương trình Hóa học lớp 10, đó là viết các loại công thức của một số phân tử. Đây là nền tảng rất quan trọng để các em hiểu sâu hơn về cấu trúc và tính chất của các chất.

Chúng ta sẽ đi lần lượt từng chất theo đúng trình tự trong Sách giáo khoa nhé.

1. Phân tử SiH₄ (Silan)

Bước 1: Xác định nguyên tố trung tâm.
Trong phân tử SiH₄, Si (Silic) có độ âm điện nhỏ hơn H (Hydro), nên Si sẽ là nguyên tử trung tâm.

Bước 2: Tính tổng số electron hóa trị.
– Nguyên tử Si thuộc nhóm IVA, có 4 electron hóa trị.
– Nguyên tử H thuộc nhóm IA, có 1 electron hóa trị.
– Phân tử SiH₄ có 1 nguyên tử Si và 4 nguyên tử H.
Tổng số electron hóa trị = (Số e hóa trị của Si x 1) + (Số e hóa trị của H x 4) = (4 x 1) + (1 x 4) = 8 electron.

Bước 3: Vẽ công thức electron.
– Đặt Si ở trung tâm, xung quanh là 4 nguyên tử H.
– Mỗi liên kết cộng hóa trị giữa Si và H sẽ được tạo thành từ 2 electron, đóng góp mỗi nguyên tử 1 electron.
– Để mỗi nguyên tử đạt cấu hình bền vững của khí hiếm (liên kết đôi hoặc liên kết ba thì 8 electron, liên kết đơn thì 2 electron cho H), ta vẽ các cặp electron dùng chung.

H
|
H – Si – H
|
H

Trong đó, mỗi gạch ngang biểu thị cho một cặp electron dùng chung (liên kết cộng hóa trị).
Số cặp electron dùng chung: 4 cặp.
Tổng số electron đã sử dụng để tạo liên kết: 4 cặp x 2 electron/cặp = 8 electron.
Số electron còn lại (chưa liên kết): 8 electron (tổng) – 8 electron (đã dùng) = 0 electron.

Vậy công thức electron của SiH₄ là:
H
|
H : Si : H
|
H
(Mỗi dấu chấm là 1 electron hóa trị).

Bước 4: Viết công thức Lewis.
Công thức Lewis chỉ biểu diễn các cặp electron hóa trị dưới dạng các cặp chấm hoặc gạch nối.
Trong SiH₄, Si tạo 4 liên kết đơn với 4 nguyên tử H. Si đã đạt octet (8 electron xung quanh), mỗi nguyên tử H đã đạt cấu hình bền vững của Heli (2 electron).

Công thức Lewis của SiH₄:
H
|
H – Si – H
|
H

Bước 5: Viết công thức cấu tạo.
Công thức cấu tạo biểu diễn sự sắp xếp các nguyên tử trong phân tử và liên kết giữa chúng. Các liên kết cộng hóa trị được biểu diễn bằng các gạch nối.

Công thức cấu tạo của SiH₄:
H
|
H – Si – H
|
H

2. Phân tử SiO₂ (Silic đioxit)

Bước 1: Xác định nguyên tố trung tâm.
Trong phân tử SiO₂, Si có độ âm điện nhỏ hơn O (Oxy), nên Si sẽ là nguyên tử trung tâm.

Bước 2: Tính tổng số electron hóa trị.
– Nguyên tử Si thuộc nhóm IVA, có 4 electron hóa trị.
– Nguyên tử O thuộc nhóm VIA, có 6 electron hóa trị.
– Phân tử SiO₂ có 1 nguyên tử Si và 2 nguyên tử O.
Tổng số electron hóa trị = (Số e hóa trị của Si x 1) + (Số e hóa trị của O x 2) = (4 x 1) + (6 x 2) = 4 + 12 = 16 electron.

Bước 3: Vẽ công thức electron.
– Đặt Si ở trung tâm, xung quanh là 2 nguyên tử O.
– Để thỏa mãn quy tắc octet cho cả Si và O, ta nhận thấy rằng mỗi nguyên tử O cần 2 electron để đạt octet (có 2 cặp electron chưa liên kết). Si cần 4 electron để đạt octet.
– Nếu ta nối Si với mỗi O bằng liên kết đôi, ta sẽ có:
.. ..
O = Si = O
.. ..
– Kiểm tra số electron: Mỗi liên kết đôi có 2 cặp electron (4 electron). Có 2 liên kết đôi, vậy có 4 cặp electron dùng chung (8 electron). Mỗi nguyên tử O có 2 cặp electron chưa liên kết (4 electron). Vậy mỗi O có 2 liên kết đôi + 2 cặp e tự do = 8 electron. Nguyên tử Si có 2 liên kết đôi (mỗi bên 2 cặp e) = 8 electron.
– Tổng số electron đã sử dụng: 2 liên kết đôi x 2 cặp electron/liên kết đôi x 2 electron/cặp + 2 nguyên tử O x 2 cặp electron tự do/nguyên tử O x 2 electron/cặp = 8 + 8 = 16 electron.
– Số electron còn lại: 16 electron (tổng) – 16 electron (đã dùng) = 0 electron.
– Như vậy, cấu trúc này thỏa mãn quy tắc octet cho tất cả các nguyên tử và sử dụng hết số electron hóa trị.

Công thức electron của SiO₂ là:
.. ..
:O = Si = O:
.. ..

Bước 4: Viết công thức Lewis.
Công thức Lewis biểu diễn các cặp electron hóa trị dưới dạng các cặp chấm hoặc gạch nối.

Công thức Lewis của SiO₂:
.. ..
:O = Si = O:
.. ..

Bước 5: Viết công thức cấu tạo.
Công thức cấu tạo biểu diễn sự sắp xếp các nguyên tử trong phân tử và liên kết giữa chúng.

Công thức cấu tạo của SiO₂:
O = Si = O

Lưu ý quan trọng: SiO₂ ở trạng thái rắn tồn tại dưới dạng mạng lưới tinh thể silic đioxit, không phải là các phân tử đơn lẻ như trên. Tuy nhiên, khi viết công thức cấu tạo của phân tử, chúng ta biểu diễn như trên.

3. Phân tử SO₃ (Lưu huỳnh trioxit)

Bước 1: Xác định nguyên tố trung tâm.
Trong phân tử SO₃, S (Lưu huỳnh) có độ âm điện nhỏ hơn O, nên S sẽ là nguyên tử trung tâm.

Bước 2: Tính tổng số electron hóa trị.
– Nguyên tử S thuộc nhóm VIA, có 6 electron hóa trị.
– Nguyên tử O thuộc nhóm VIA, có 6 electron hóa trị.
– Phân tử SO₃ có 1 nguyên tử S và 3 nguyên tử O.
Tổng số electron hóa trị = (Số e hóa trị của S x 1) + (Số e hóa trị của O x 3) = (6 x 1) + (6 x 3) = 6 + 18 = 24 electron.

Bước 3: Vẽ công thức electron.
– Đặt S ở trung tâm, xung quanh là 3 nguyên tử O.
– Để thỏa mãn quy tắc octet, ta thử sắp xếp các liên kết. Nếu mỗi O tạo 2 liên kết với S, thì S sẽ có 6 liên kết, vượt quá octet (trường hợp này có thể xảy ra với các nguyên tố chu kỳ 3 trở lên).
– Ta có thể giả định S tạo 2 liên kết đôi và 1 liên kết đơn với 3 nguyên tử O. Tuy nhiên, trong SO₃, cả 3 nguyên tử O đều tương đương nhau về mặt hóa học.
– Cấu trúc phổ biến và bền vững hơn cho SO₃ là S tạo 2 liên kết đôi và 1 liên kết cho – nhận với hai nguyên tử O, và 1 liên kết đôi với nguyên tử O còn lại. Hoặc có thể hiểu là S có 3 liên kết, trong đó có 2 liên kết đôi và 1 liên kết đơn. Tuy nhiên, cách biểu diễn phổ biến và dễ hiểu hơn khi bắt đầu học là cân bằng electron sao cho các nguyên tử gần đạt octet và phân bố đều electron nhất có thể.
– Ta có thể hình dung S liên kết với 3 nguyên tử O. Để S đạt octet và các nguyên tử O đạt octet, ta có thể có các liên kết như sau:
– S tạo 2 liên kết đôi với hai nguyên tử O và 1 liên kết đơn với nguyên tử O thứ ba.
.. ..
:O = S – O:
||
O
..
– Kiểm tra số electron:
– 2 liên kết đôi: 2 x 4 = 8 electron.
– 1 liên kết đơn: 2 electron.
– 2 cặp electron tự do trên 2 nguyên tử O có liên kết đôi: 2 x 4 = 8 electron.
– 3 cặp electron tự do trên nguyên tử O có liên kết đơn: 3 x 2 = 6 electron.
– Tổng electron: 8 + 2 + 8 + 6 = 24 electron.
– Kiểm tra octet:
– 2 nguyên tử O có liên kết đôi: 4 electron (liên kết) + 4 electron (tự do) = 8 electron.
– Nguyên tử O có liên kết đơn: 2 electron (liên kết) + 6 electron (tự do) = 8 electron.
– Nguyên tử S: 2 liên kết đôi (4 cặp e) + 1 liên kết đơn (1 cặp e) = 10 electron.
– Cấu trúc này có vẻ không lý tưởng vì S có 10 electron. Tuy nhiên, với các nguyên tố chu kỳ 3 trở lên, việc vượt quá octet là có thể.

– Một cách biểu diễn khác, cân bằng hơn cho SO₃ theo quy tắc octet (nếu có thể):
Giả sử 3 nguyên tử O đều liên kết với S.
Nếu ta tạo 3 liên kết đôi, thì S sẽ có 6 liên kết đôi, tổng cộng 12 electron. Quá nhiều.
Nếu ta tạo 3 liên kết đơn, thì S có 3 liên kết x 2 = 6 electron, thiếu.
Xét khả năng liên kết đôi và đơn xen kẽ.
Trong SO₃, có sự cộng hưởng, các liên kết S-O là tương đương nhau.
Cấu trúc được chấp nhận rộng rãi nhất khi dạy theo chương trình lớp 10 là S tạo 2 liên kết đôi với 2 nguyên tử O, và 1 liên kết đơn với nguyên tử O còn lại. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng đây là một sự đơn giản hóa.

Ta hãy thử một cách biểu diễn khác để S có 8 electron và các O có 8 electron:
S ở trung tâm, 3 nguyên tử O xung quanh.
Nếu ta tạo 2 liên kết đôi và 1 liên kết đơn:
..
O = S – O
||
O
..
– Đếm electron:
– 2 liên kết đôi: 8 electron.
– 1 liên kết đơn: 2 electron.
– 2 nguyên tử O có liên kết đôi: mỗi O có 2 cặp electron tự do: 2 x 4 = 8 electron.
– 1 nguyên tử O có liên kết đơn: có 3 cặp electron tự do: 3 x 2 = 6 electron.
– Tổng electron: 8 + 2 + 8 + 6 = 24 electron.
– Kiểm tra octet:
– 2 nguyên tử O có liên kết đôi: 4 (liên kết) + 4 (tự do) = 8 electron.
– 1 nguyên tử O có liên kết đơn: 2 (liên kết) + 6 (tự do) = 8 electron.
– Nguyên tử S: 2 liên kết đôi (4 cặp e) + 1 liên kết đơn (1 cặp e) = 10 electron.

Trong trường hợp SO3, S có thể mở rộng octet.
Một cách biểu diễn khác cho SO3 mà S có 10 electron và các O đều có 8 electron là:
..
:O = S = O
|
O
..
– 2 liên kết đôi: 8 electron.
– 1 liên kết đơn: 2 electron.
– 2 nguyên tử O có liên kết đôi: mỗi O có 2 cặp electron tự do: 2 x 4 = 8 electron.
– 1 nguyên tử O có liên kết đơn: có 3 cặp electron tự do: 3 x 2 = 6 electron.
– Tổng electron: 8 + 2 + 8 + 6 = 24 electron.
– Octet: 2 O (liên kết đôi) : 4+4=8. 1 O (liên kết đơn) : 2+6=8. S: 4 (liên kết đôi) + 2 (liên kết đơn) = 6 cặp e = 12 electron (vẫn chưa đúng).

Chúng ta hãy sử dụng cách phân bố electron mà S có 6 cặp electron liên kết và các O có 2 cặp electron tự do hoặc liên kết:
S ở trung tâm. 3 nguyên tử O xung quanh.
Nếu ta vẽ S liên kết với mỗi O bằng 1 liên kết đôi và 1 liên kết đơn (tổng cộng 2 liên kết đôi và 1 liên kết đơn giữa S và O, điều này không khả thi vì S chỉ có 3 vị trí liên kết với 3 nguyên tử O).

Cách phổ biến nhất khi dạy là S tạo 2 liên kết đôi với 2 nguyên tử O, và 1 liên kết đơn với nguyên tử O thứ ba, và S còn 1 cặp electron tự do. Nhưng S có 6 e hóa trị, 3 O có 18 e hóa trị, tổng 24 e hóa trị.
Nếu S tạo 2 liên kết đôi và 1 liên kết đơn:
.. ..
:O = S – O:
||
O
..
– Số cặp electron liên kết = 2 (liên kết đôi) + 1 (liên kết đơn) = 3 cặp. Tổng cộng 3×2 = 6 electron.
– Số cặp electron tự do:
– 2 nguyên tử O có liên kết đôi: mỗi nguyên tử có 2 cặp e tự do. Tổng 2 x 2 = 4 cặp e.
– 1 nguyên tử O có liên kết đơn: có 3 cặp e tự do.
– Nguyên tử S: S có 6 e hóa trị. Đã dùng 2×2=4 electron cho 2 liên kết đôi, và 2 electron cho 1 liên kết đơn. Tổng 6 electron đã dùng cho liên kết. Vậy S còn 6 – 6 = 0 electron tự do.
– Tổng số cặp electron: 3 (liên kết) + 4 (tự do O) + 3 (tự do O) = 10 cặp. Đã dùng 10 x 2 = 20 electron.
– Vẫn còn thiếu 4 electron.

Cách làm đúng nhất cho SO3 theo chương trình lớp 10 là:
S ở trung tâm, 3 nguyên tử O xung quanh.
S tạo 2 liên kết đôi với 2 nguyên tử O. Và 1 liên kết đơn với nguyên tử O thứ ba.
Để cân bằng electron và đạt octet:
..
:O = S = O
|
O
..

– Đếm electron:
– 2 liên kết đôi: 8 electron.
– 1 liên kết đơn: 2 electron.
– 2 nguyên tử O có liên kết đôi: mỗi O có 2 cặp electron tự do. Tổng 2 x 4 = 8 electron.
– 1 nguyên tử O có liên kết đơn: có 3 cặp electron tự do. Tổng 3 x 2 = 6 electron.
– Tổng số electron: 8 (liên kết đôi) + 2 (liên kết đơn) + 8 (tự do O) + 6 (tự do O) = 24 electron.
– Kiểm tra octet:
– 2 nguyên tử O có liên kết đôi: 4 (liên kết) + 4 (tự do) = 8 electron.
– 1 nguyên tử O có liên kết đơn: 2 (liên kết) + 6 (tự do) = 8 electron.
– Nguyên tử S: 2 liên kết đôi (mỗi bên 2 cặp e) + 1 liên kết đơn (1 cặp e) = 4 + 2 = 6 cặp e liên kết. Tổng cộng 12 electron. S vượt quá octet là 12 electron.

Do đó, công thức electron của SO₃ là:
..
:O = S = O
|
O
..

Bước 4: Viết công thức Lewis.
Công thức Lewis chỉ biểu diễn các cặp electron hóa trị dưới dạng các cặp chấm hoặc gạch nối.

Công thức Lewis của SO₃:
..
:O = S = O
|
O
..

Bước 5: Viết công thức cấu tạo.
Công thức cấu tạo biểu diễn sự sắp xếp các nguyên tử trong phân tử và liên kết giữa chúng.

Công thức cấu tạo của SO₃:
O = S = O
|
O

4. Phân tử H₂S (Hydro sulfua)

Bước 1: Xác định nguyên tố trung tâm.
Trong phân tử H₂S, S (Lưu huỳnh) có độ âm điện lớn hơn H, nhưng S có khả năng tạo nhiều liên kết hơn. S sẽ là nguyên tử trung tâm.

Bước 2: Tính tổng số electron hóa trị.
– Nguyên tử H thuộc nhóm IA, có 1 electron hóa trị.
– Nguyên tử S thuộc nhóm VIA, có 6 electron hóa trị.
– Phân tử H₂S có 2 nguyên tử H và 1 nguyên tử S.
Tổng số electron hóa trị = (Số e hóa trị của H x 2) + (Số e hóa trị của S x 1) = (1 x 2) + (6 x 1) = 2 + 6 = 8 electron.

Bước 3: Vẽ công thức electron.
– Đặt S ở trung tâm, xung quanh là 2 nguyên tử H.
– Mỗi liên kết cộng hóa trị giữa S và H sẽ được tạo thành từ 2 electron, đóng góp mỗi nguyên tử 1 electron.
– Để mỗi nguyên tử đạt cấu hình bền vững: mỗi H cần 2 electron (đã đủ với 1 liên kết đơn), S cần 8 electron.
– Vẽ 2 liên kết đơn S-H.
H – S – H
– Số cặp electron dùng chung (liên kết): 2 cặp.
– Số electron đã sử dụng để tạo liên kết: 2 cặp x 2 electron/cặp = 4 electron.
– Số electron còn lại: 8 electron (tổng) – 4 electron (đã dùng) = 4 electron.
– Phân bố 4 electron còn lại thành các cặp electron tự do trên nguyên tử trung tâm S. S sẽ có 2 cặp electron tự do.

..
H : S : H
..

Kiểm tra:
– Mỗi H có 2 electron (1 cặp liên kết). Đã đạt cấu hình bền vững.
– Nguyên tử S: 2 cặp electron liên kết + 2 cặp electron tự do = 4 cặp electron = 8 electron. Đã đạt octet.

Vậy công thức electron của H₂S là:
..
H : S : H
..

Bước 4: Viết công thức Lewis.
Công thức Lewis chỉ biểu diễn các cặp electron hóa trị dưới dạng các cặp chấm hoặc gạch nối.

Công thức Lewis của H₂S:
..
H – S – H

Bước 5: Viết công thức cấu tạo.
Công thức cấu tạo biểu diễn sự sắp xếp các nguyên tử trong phân tử và liên kết giữa chúng.

Công thức cấu tạo của H₂S:
H – S – H

Hy vọng qua từng bước chi tiết này, các em đã nắm vững cách viết các loại công thức cho các phân tử. Đây là kỹ năng cần thiết và sẽ giúp ích rất nhiều cho các bài học tiếp theo. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi cô nhé!