Cô rất vui khi nhận được câu hỏi của em. Đây là một nhóm bài tập hay, giúp chúng ta vận dụng sâu sắc quy tắc octet, cách tính điện tích hình thức và khái niệm về vỏ electron mở rộng (hay còn gọi là “hypervalency”). Đây là những kiến thức trọng tâm trong chương trình Hóa học 10 mới.

Chúng ta hãy cùng nhau giải quyết từng công thức nhé.

Phương pháp chung để viết công thức electron (công thức Lewis)

Để viết công thức electron cho một phân tử, chúng ta sẽ thực hiện theo các bước sau, em hãy ghi nhớ nhé:

• Bước 1: Tính tổng số electron hóa trị của tất cả các nguyên tử trong phân tử.
• Bước 2: Vẽ khung sườn của phân tử. Nguyên tử có độ âm điện nhỏ hơn (hoặc hóa trị cao hơn) thường làm nguyên tử trung tâm. Các nguyên tử còn lại (thường là O, H, Halogen) sẽ được xếp xung quanh. Đối với các phân tử có nhiều nguyên tử trung tâm, ta thường sắp xếp một cách đối xứng.
• Bước 3: Tạo một liên kết đơn giữa nguyên tử trung tâm và mỗi nguyên tử xung quanh. Mỗi liên kết đơn tương ứng với 2 electron. Sau đó, lấy tổng số electron hóa trị (ở Bước 1) trừ đi số electron đã dùng cho các liên kết đơn.
• Bước 4: Phân bổ số electron còn lại lên các nguyên tử xung quanh (nguyên tử biên) trước sao cho mỗi nguyên tử này đạt cấu hình octet (có 8 electron xung quanh).
• Bước 5: Nếu vẫn còn electron, hãy phân bổ chúng cho nguyên tử trung tâm.
• Bước 6: Kiểm tra quy tắc octet cho nguyên tử trung tâm. Nếu nguyên tử trung tâm chưa đủ octet, ta sẽ chuyển cặp electron chưa liên kết trên nguyên tử xung quanh thành liên kết đôi hoặc liên kết ba với nguyên tử trung tâm.
• Bước 7 (Nâng cao nhưng quan trọng): Kiểm tra điện tích hình thức (Formal Charge) của các nguyên tử để chọn ra công thức bền nhất. Công thức bền nhất là công thức có điện tích hình thức của các nguyên tử gần bằng 0 nhất.
  
  Công thức tính điện tích hình thức (ĐTHT):
  
  ĐTHT = (Số e hóa trị) – (Số e không liên kết) – 1/2 (Số e liên kết)
  
  Đối với các nguyên tử thuộc chu kỳ 3 trở đi (như Cl, S, P…), chúng có thể có nhiều hơn 8 electron hóa trị (vỏ electron mở rộng) để giảm điện tích hình thức.

Bây giờ, chúng ta áp dụng vào từng phân tử cụ thể.

1. Công thức electron của Cl₂O₃ (Dichlorine trioxide)

Bước 1: Tính tổng electron hóa trị (V)
Nguyên tử Cl (Nhóm VIIA) có 7 electron hóa trị.
Nguyên tử O (Nhóm VIA) có 6 electron hóa trị.
Tổng số electron hóa trị là: \(V = 2 \times 7 + 3 \times 6 = 14 + 18 = 32\) electron.

Bước 2 & 3: Vẽ khung sườn và tạo liên kết đơn
Cấu trúc đối xứng và hợp lý nhất cho phân tử này là một mạch Cl-O-Cl với hai nguyên tử O còn lại gắn vào hai nguyên tử Cl. Tuy nhiên, cấu trúc này phức tạp để xét ở cấp độ lớp 10. Một cấu trúc đơn giản hơn và có thể chấp nhận được khi áp dụng quy tắc octet là mạch O-Cl-O-Cl-O.
Chúng ta vẽ 4 liên kết đơn: O-Cl-O-Cl-O.
Số electron đã dùng: \(4 \times 2 = 8\) electron.
Số electron còn lại: \(32 – 8 = 24\) electron.

Bước 4: Phân bổ electron cho các nguyên tử biên và trung tâm

• Hai nguyên tử O ở hai đầu (biên): Mỗi nguyên tử cần thêm 6 electron (3 cặp) để đạt octet.
  
  Số electron đã dùng: \(2 \times 6 = 12\) electron.
  
  Số electron còn lại: \(24 – 12 = 12\) electron.
• Nguyên tử O ở giữa: Cần thêm 4 electron (2 cặp) để đạt octet.
  
  Số electron đã dùng: 4 electron.
  
  Số electron còn lại: \(12 – 4 = 8\) electron.
• Hai nguyên tử Cl: Mỗi nguyên tử cần thêm 4 electron (2 cặp) để đạt octet.
  
  Số electron đã dùng: \(2 \times 4 = 8\) electron.
  
  Số electron còn lại: \(8 – 8 = 0\).

Bước 5 & 6: Kiểm tra octet
Tất cả các nguyên tử trong cấu trúc O-Cl-O-Cl-O đều đã có đủ 8 electron xung quanh. Quy tắc octet được thỏa mãn.

Công thức electron của Cl₂O₃ là:



Lưu ý: Nếu xét đến điện tích hình thức, cấu trúc này có ĐTHT trên Cl là +1 và trên O biên là -1. Các cấu trúc bền hơn của Cl₂O₃ khá phức tạp, nhưng công thức trên là câu trả lời đúng và phù hợp nhất với kiến thức lớp 10 khi áp dụng một cách tuần tự các quy tắc.

2. Công thức electron của Cl₂O₅ (Dichlorine pentoxide)

Bước 1: Tính tổng electron hóa trị (V)
\(V = 2 \times 7 + 5 \times 6 = 14 + 30 = 44\) electron.

Bước 2: Vẽ khung sườn
Cấu trúc đối xứng nhất là một nguyên tử O làm cầu nối giữa hai nhóm ClO₂: O₂Cl–O–ClO₂.

Bước 3 đến 6: Xét cấu trúc chỉ có liên kết đơn trước (để thấy vấn đề)
Nếu chỉ vẽ các liên kết đơn, chúng ta sẽ thấy tất cả các nguyên tử đều thỏa mãn quy tắc octet. Tuy nhiên, khi tính điện tích hình thức:

• ĐTHT của mỗi Cl sẽ là \(7 – 0 – 1/2(6) = +4\)? Không, ĐTHT(Cl) = \(7 – 2(\text{e riêng}) – 3(\text{liên kết}) = +2\).
• ĐTHT của O biên sẽ là -1.

Điện tích hình thức +2 trên Cl là rất lớn và không bền. Đây là lúc chúng ta phải dùng đến Bước 7.

Bước 7: Giảm điện tích hình thức bằng cách tạo liên kết đôi (Vỏ electron mở rộng)
Vì Cl ở chu kỳ 3, nó có thể có vỏ electron mở rộng (hơn 8 electron) để giảm điện tích hình thức. Chúng ta sẽ chuyển các cặp electron trên các nguyên tử O có điện tích âm để tạo liên kết đôi với Cl.

Cấu trúc tốt nhất sẽ là cấu trúc có điện tích hình thức được giảm thiểu. Hãy xem xét cấu trúc mà mỗi nguyên tử Cl tạo hai liên kết đôi và một liên kết đơn với các nguyên tử O.

Cấu trúc đề xuất: O=Cl(O⁻)–O–Cl(O⁻)=O

Trong cấu trúc này:

• Mỗi Cl sẽ liên kết với 1 O trung tâm (đơn), 1 O biên (đơn) và 1 O biên (đôi). ĐTHT(Cl) = \(7 – 2 – (4 \times 2)/2 = +1\).
• O liên kết đôi (O=): ĐTHT = \(6 – 4 – (4/2) = 0\).
• O liên kết đơn (–O⁻): ĐTHT = \(6 – 6 – (2/2) = -1\).
• O trung tâm (–O–): ĐTHT = \(6 – 4 – (4/2) = 0\).

Cấu trúc này có điện tích hình thức trên Cl là +1, tốt hơn nhiều so với +2. Đây là một cấu trúc cộng hưởng quan trọng.

Công thức electron của Cl₂O₅ là:
Đây là một trong các công thức cộng hưởng chính.

3. Công thức electron của Cl₂O₇ (Dichlorine heptoxide)

Bước 1: Tính tổng electron hóa trị (V)
\(V = 2 \times 7 + 7 \times 6 = 14 + 42 = 56\) electron.

Bước 2: Vẽ khung sườn
Tương tự, cấu trúc đối xứng nhất là một nguyên tử O làm cầu nối giữa hai nhóm ClO₃: O₃Cl–O–ClO₃.

Bước 3 đến 6: Xét cấu trúc chỉ có liên kết đơn
Nếu chỉ dùng liên kết đơn, tất cả các nguyên tử đều đạt octet, nhưng điện tích hình thức của Cl sẽ là \(7 – 0 – 4(\text{liên kết}) = +3\). Đây là điện tích rất lớn và không bền.

Bước 7: Giảm điện tích hình thức bằng cách tạo liên kết đôi
Để giảm ĐTHT từ +3 về 0, mỗi nguyên tử Cl cần tạo thêm 3 liên kết π, tức là tạo 3 liên kết đôi với 3 nguyên tử O xung quanh nó.

Cấu trúc đề xuất: (O=)₃Cl–O–Cl(=O)₃

Hãy kiểm tra cấu trúc này:

• Mỗi Cl tạo 3 liên kết đôi với O biên và 1 liên kết đơn với O trung tâm. Cl có \(3 \times 2 + 1 = 7\) liên kết, tức là có 14 electron trong vỏ hóa trị (vỏ mở rộng).
• ĐTHT(Cl) = \(7 – 0 – (7 \times 2)/2 = 7 – 7 = 0\). Rất bền!
• O liên kết đôi (O=): ĐTHT = \(6 – 4 – (4/2) = 0\). Rất bền!
• O trung tâm (–O–): ĐTHT = \(6 – 4 – (4/2) = 0\). Rất bền!

Tất cả các nguyên tử đều có điện tích hình thức bằng 0. Đây là công thức Lewis bền và chính xác nhất cho Cl₂O₇.

Công thức electron của Cl₂O₇ là:

Hy vọng lời giải chi tiết này giúp em hiểu rõ hơn về cách viết công thức electron cho các phân tử phức tạp. Chìa khóa chính là luôn kiểm tra điện tích hình thức và nhớ rằng các nguyên tố chu kỳ 3 trở đi có thể có vỏ electron mở rộng để đạt được cấu trúc bền hơn.

Nếu có gì chưa hiểu, đừng ngần ngại hỏi lại nhé! Chúc em học tốt!