Chào các em học sinh yêu quý!

Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu cách viết công thức electron và công thức cấu tạo của một số hợp chất quen thuộc theo đúng kiến thức Hóa học lớp 10 nhé. Đây là một phần kiến thức rất quan trọng để các em hiểu rõ hơn về cấu trúc phân tử và tính chất hóa học của các chất.

Chúng ta sẽ đi từng bước một cách cẩn thận. Hãy chuẩn bị sẵn sàng vở và bút để thực hành theo thầy/cô nhé!

PHÂN TÍCH CHUNG CÁC BƯỚC THỰC HIỆN:

Để viết được công thức electron (công thức Lewis) và công thức cấu tạo của một phân tử, chúng ta thường thực hiện theo các bước sau:

1. Xác định tổng số electron hóa trị (electron lớp ngoài cùng) của tất cả các nguyên tử trong phân tử.
2. Xác định nguyên tử trung tâm và vẽ bộ khung liên kết đơn cơ bản. Nguyên tử trung tâm thường là nguyên tử có độ âm điện nhỏ nhất (trừ hiđro), hoặc là nguyên tử có khả năng tạo nhiều liên kết nhất. Nguyên tử hiđro luôn là nguyên tử biên.
3. Phân bố các electron hóa trị:
   • Sử dụng 2 electron cho mỗi liên kết đơn trong bộ khung.
   • Phân bố các electron còn lại thành các cặp electron riêng (cặp electron không liên kết, cặp electron tự do) để hoàn thành bát tử (8 electron) cho các nguyên tử xung quanh (nguyên tử biên), trừ hiđro (hiđro chỉ cần 2 electron).
   • Đặt bất kỳ electron nào còn lại lên nguyên tử trung tâm.
4. Kiểm tra quy tắc bát tử: Nếu nguyên tử trung tâm chưa đạt bát tử (chưa có 8 electron xung quanh), hãy chuyển một hoặc nhiều cặp electron riêng từ các nguyên tử xung quanh thành liên kết đôi hoặc liên kết ba với nguyên tử trung tâm cho đến khi nguyên tử trung tâm và các nguyên tử xung quanh đều đạt bát tử.
5. Viết công thức electron (công thức Lewis): Biểu diễn tất cả các electron hóa trị bằng dấu chấm (mỗi dấu chấm là một electron, hai dấu chấm hoặc một dấu gạch ngang là một cặp electron liên kết hoặc một cặp electron riêng).
6. Viết công thức cấu tạo: Biểu diễn các cặp electron liên kết bằng nét gạch ngang (một nét gạch ngang là một liên kết đơn, hai nét là liên kết đôi, ba nét là liên kết ba). Thường không cần biểu diễn các cặp electron riêng trên công thức cấu tạo, nhưng trong một số trường hợp để làm rõ cấu trúc, có thể biểu diễn.

Bây giờ, chúng ta sẽ áp dụng các bước này cho từng phân tử nhé!

1. Phân tử C₂H₆ (Etan)

Bước 1: Xác định tổng số electron hóa trị.

• Cacbon (C) thuộc nhóm IVA, có 4 electron hóa trị.
• Hiđro (H) thuộc nhóm IA, có 1 electron hóa trị.
• Tổng số electron hóa trị = \(2 \times 4 + 6 \times 1 = 8 + 6 = 14\) electron.

Bước 2: Xác định nguyên tử trung tâm và bộ khung.

• Trong hợp chất hữu cơ, cacbon thường là nguyên tử trung tâm và liên kết với nhau. Hiđro luôn là nguyên tử biên.
• Bộ khung cơ bản là C-C, mỗi C sẽ liên kết với các H còn lại.

Bước 3: Phân bố các electron hóa trị.

• Tạo liên kết C-C: dùng 2 electron.
• Mỗi nguyên tử C còn 3 liên kết với 3 nguyên tử H: \(6 \times 2 = 12\) electron.
• Tổng số electron đã dùng cho liên kết: \(2 + 12 = 14\) electron.
• Không còn electron nào để phân bố thành cặp electron riêng.

Bước 4: Kiểm tra quy tắc bát tử.

• Mỗi nguyên tử C có 4 liên kết (1 liên kết C-C và 3 liên kết C-H), tổng cộng 8 electron. Đã đạt bát tử.
• Mỗi nguyên tử H có 1 liên kết (C-H), tổng cộng 2 electron. Đã đạt quy tắc duet (2 electron).
• Tất cả các nguyên tử đều bền vững.

Bước 5: Viết công thức electron (công thức Lewis).

          H   H
          :   :
        H : C : C : H
          :   :
          H   H

(Mỗi dấu hai chấm (:) giữa hai nguyên tử biểu diễn một cặp electron dùng chung, tức là một liên kết đơn).

Bước 6: Viết công thức cấu tạo.

          H   H
          |   |
        H - C - C - H
          |   |
          H   H

2. Phân tử SO₃ (Lưu huỳnh trioxit)

Bước 1: Xác định tổng số electron hóa trị.

• Lưu huỳnh (S) thuộc nhóm VIA, có 6 electron hóa trị.
• Oxi (O) thuộc nhóm VIA, có 6 electron hóa trị.
• Tổng số electron hóa trị = \(1 \times 6 + 3 \times 6 = 6 + 18 = 24\) electron.

Bước 2: Xác định nguyên tử trung tâm và bộ khung.

• Lưu huỳnh (S) là nguyên tử trung tâm (độ âm điện nhỏ hơn oxi).
• Bộ khung cơ bản: S liên kết đơn với 3 nguyên tử O.

Bước 3: Phân bố các electron hóa trị.

• Tạo 3 liên kết đơn S-O: \(3 \times 2 = 6\) electron.
• Số electron còn lại: \(24 – 6 = 18\) electron.
• Phân bố các electron còn lại cho các nguyên tử Oxi biên để hoàn thành bát tử: Mỗi nguyên tử Oxi đã có 2 electron từ liên kết S-O, cần thêm \(8 – 2 = 6\) electron (tức 3 cặp electron riêng).
  • \(3\) nguyên tử Oxi cần: \(3 \times 6 = 18\) electron.
• Tất cả 18 electron còn lại đã được dùng để tạo các cặp electron riêng cho 3 nguyên tử Oxi.
• Kiểm tra nguyên tử trung tâm S: Lúc này S chỉ có 3 liên kết đơn, tức là 6 electron. S chưa đạt bát tử.
• Để S đạt bát tử, chúng ta sẽ chuyển một cặp electron riêng từ một nguyên tử Oxi sang tạo liên kết đôi với S.
• Sau khi chuyển: S sẽ có 1 liên kết đôi và 2 liên kết đơn. Các nguyên tử Oxi vẫn đạt bát tử.

Bước 4: Kiểm tra quy tắc bát tử.

• Nguyên tử S trung tâm có 1 liên kết đôi (\(4e\)) và 2 liên kết đơn (\(2 \times 2 = 4e\)), tổng cộng \(4 + 4 = 8\) electron. Đã đạt bát tử.
• Nguyên tử Oxi tạo liên kết đôi với S: có 4e từ liên kết, còn 2 cặp electron riêng (\(4e\)). Tổng \(4 + 4 = 8\) electron. Đã đạt bát tử.
• Hai nguyên tử Oxi tạo liên kết đơn với S: mỗi nguyên tử Oxi có 2e từ liên kết, còn 3 cặp electron riêng (\(6e\)). Tổng \(2 + 6 = 8\) electron. Đã đạt bát tử.

Bước 5: Viết công thức electron (công thức Lewis).

              : O :
                . .
                : :
              : O : S :: O :
                . .   . .

(Lưu ý: Thực tế SO₃ có các cấu trúc cộng hưởng, nhưng ở lớp 10, chúng ta chỉ cần biểu diễn một cấu trúc thỏa mãn quy tắc bát tử như trên là đủ).

Bước 6: Viết công thức cấu tạo.

                O
                ||
            O = S - O

(Trong công thức cấu tạo, các cặp electron riêng trên Oxi thường được lược bỏ nhưng chúng ta vẫn hiểu là có).

3. Phân tử HNO₃ (Axit nitric)

Bước 1: Xác định tổng số electron hóa trị.

• Hiđro (H) thuộc nhóm IA, có 1 electron hóa trị.
• Nito (N) thuộc nhóm VA, có 5 electron hóa trị.
• Oxi (O) thuộc nhóm VIA, có 6 electron hóa trị.
• Tổng số electron hóa trị = \(1 \times 1 + 1 \times 5 + 3 \times 6 = 1 + 5 + 18 = 24\) electron.

Bước 2: Xác định nguyên tử trung tâm và bộ khung.

• Nito (N) là nguyên tử trung tâm.
• Trong các axit có oxi, nguyên tử H luôn liên kết với nguyên tử Oxi.
• Bộ khung cơ bản: H-O-N, và N liên kết với 2 nguyên tử Oxi còn lại.

Bước 3: Phân bố các electron hóa trị.

• Tạo các liên kết đơn trong bộ khung H-O-N, N-O, N-O: \(4 \times 2 = 8\) electron.
• Số electron còn lại: \(24 – 8 = 16\) electron.
• Phân bố các electron còn lại cho các nguyên tử Oxi để đạt bát tử:
  • Nguyên tử Oxi trong nhóm -OH: đã có 2e từ H và 2e từ N (\(4e\)). Cần thêm \(8 – 4 = 4\) electron (2 cặp electron riêng).
  • Hai nguyên tử Oxi còn lại (chỉ liên kết với N): mỗi nguyên tử đã có 2e từ N. Cần thêm \(8 – 2 = 6\) electron (3 cặp electron riêng) cho mỗi nguyên tử.
  • Tổng số electron cần cho các Oxi = \(4 + 6 + 6 = 16\) electron.
• Tất cả 16 electron còn lại đã được dùng để tạo các cặp electron riêng cho 3 nguyên tử Oxi.
• Kiểm tra nguyên tử trung tâm N: Lúc này N có 4 liên kết đơn, tức là 8 electron. Đã đạt bát tử.
• Mặc dù N đã đạt bát tử, để cấu trúc bền vững hơn (giảm điện tích hình thức, kiến thức cao hơn), một cặp electron riêng từ một nguyên tử Oxi sẽ chuyển thành liên kết đôi với N. (Trong SGK lớp 10, chúng ta thường chấp nhận cấu trúc có liên kết đôi cho HNO₃).
• Giả sử chúng ta chuyển một cặp electron từ một nguyên tử Oxi (không phải O trong nhóm -OH) để tạo liên kết đôi với N.
• Khi đó, N có 1 liên kết đơn O-N, 1 liên kết đơn O-N, và 1 liên kết đôi N=O.

Bước 4: Kiểm tra quy tắc bát tử (với liên kết đôi).

• Nguyên tử H: 2e (Đã đạt duet).
• Nguyên tử O trong nhóm -OH: có 2e từ H, 2e từ N (\(4e\)), còn 2 cặp electron riêng (\(4e\)). Tổng 8e (Đã đạt bát tử).
• Nguyên tử N trung tâm: có 2e từ O-N, 2e từ O-N, 4e từ N=O. Tổng \(2 + 2 + 4 = 8\) electron. Đã đạt bát tử.
• Nguyên tử O tạo liên kết đôi N=O: có 4e từ liên kết, còn 2 cặp electron riêng (\(4e\)). Tổng 8e (Đã đạt bát tử).
• Nguyên tử O tạo liên kết đơn N-O (còn lại): có 2e từ liên kết, còn 3 cặp electron riêng (\(6e\)). Tổng 8e (Đã đạt bát tử).

Bước 5: Viết công thức electron (công thức Lewis).

                : O :
                  . .
                  : :
            H : O : N :: O :
                  . .   . .

Bước 6: Viết công thức cấu tạo.

                O
                ||
            H - O - N - O

(Tương tự SO₃, HNO₃ cũng có các cấu trúc cộng hưởng, nhưng chúng ta chỉ vẽ một trong số đó).

4. Phân tử H₂CO₃ (Axit cacbonic)

Bước 1: Xác định tổng số electron hóa trị.

• Hiđro (H) thuộc nhóm IA, có 1 electron hóa trị.
• Cacbon (C) thuộc nhóm IVA, có 4 electron hóa trị.
• Oxi (O) thuộc nhóm VIA, có 6 electron hóa trị.
• Tổng số electron hóa trị = \(2 \times 1 + 1 \times 4 + 3 \times 6 = 2 + 4 + 18 = 24\) electron.

Bước 2: Xác định nguyên tử trung tâm và bộ khung.

• Cacbon (C) là nguyên tử trung tâm.
• Hiđro liên kết với Oxi. Có 2 nguyên tử H và 3 nguyên tử O, vậy sẽ có 2 nhóm -OH.
• Bộ khung cơ bản: Hai nhóm O-H liên kết với C, và một nguyên tử O còn lại cũng liên kết với C.

Bước 3: Phân bố các electron hóa trị.

• Tạo các liên kết đơn trong bộ khung: C liên kết với 3 Oxi, và 2 trong số đó liên kết với H.
  • Liên kết C-O (x3): \(3 \times 2 = 6\) electron.
  • Liên kết O-H (x2): \(2 \times 2 = 4\) electron.
• Tổng số electron đã dùng cho liên kết: \(6 + 4 = 10\) electron.
• Số electron còn lại: \(24 – 10 = 14\) electron.
• Phân bố các electron còn lại cho các nguyên tử Oxi để đạt bát tử:
  • Hai nguyên tử Oxi trong nhóm -OH: Mỗi Oxi đã có 2e từ H và 2e từ C (\(4e\)). Cần thêm \(8 – 4 = 4\) electron (2 cặp electron riêng) cho mỗi Oxi. Tổng \(2 \times 4 = 8\) electron.
  • Nguyên tử Oxi còn lại (chỉ liên kết với C): đã có 2e từ C. Cần thêm \(8 – 2 = 6\) electron (3 cặp electron riêng).
  • Tổng số electron cần cho các Oxi = \(8 + 6 = 14\) electron.
• Tất cả 14 electron còn lại đã được dùng để tạo các cặp electron riêng cho 3 nguyên tử Oxi.
• Kiểm tra nguyên tử trung tâm C: Lúc này C chỉ có 3 liên kết đơn, tức là 6 electron. C chưa đạt bát tử.
• Để C đạt bát tử, chúng ta sẽ chuyển một cặp electron riêng từ nguyên tử Oxi (chỉ liên kết với C, không liên kết với H) sang tạo liên kết đôi với C.

Bước 4: Kiểm tra quy tắc bát tử (với liên kết đôi).

• Hai nguyên tử H: mỗi H có 2e (Đã đạt duet).
• Hai nguyên tử O trong nhóm -OH: mỗi O có 2e (O-H) + 2e (C-O) + 4e (cặp riêng) = 8e (Đã đạt bát tử).
• Nguyên tử O tạo liên kết đôi C=O: có 4e từ liên kết, còn 2 cặp electron riêng (\(4e\)). Tổng 8e (Đã đạt bát tử).
• Nguyên tử C trung tâm: có 4e từ liên kết đôi C=O + 2e từ liên kết C-OH + 2e từ liên kết C-OH = 8e (Đã đạt bát tử).

Bước 5: Viết công thức electron (công thức Lewis).

                : O :
                  . .
                  : :
        H : O : C :: O :
          . .     . .
        H : O :
          . .

Bước 6: Viết công thức cấu tạo.

                O
                ||
            H - O - C - O - H

Hy vọng với phần trình bày chi tiết từng bước này, các em đã hiểu rõ hơn về cách viết công thức electron và công thức cấu tạo của các phân tử nhé! Hãy luyện tập thật nhiều để thành thạo kiến thức này. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi thầy/cô nhé! Chúc các em học tốt!