Công thức Lewis của CO₂

Bài viết hướng dẫn cách viết Công thức Lewis của CO₂ (carbon dioxide) theo chương trình sách mới Kết nối tri thức, Cánh diều, Chân trời sáng tạo giúp học sinh dễ dàng nắm vững cách viết Công thức Lewis của CO₂.

Carbon dioxide (CO₂) là một hợp chất cộng hóa trị. Vậy liên kết trong phân tử CO₂ được hình thành như thế nào? Công thức electron, công thức Lewis và công thức cấu tạo của CO₂ được biểu diễn ra sao? Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn giải đáp những thắc mắc trên.

1. Công thức electron của CO₂

- Sự tạo thành phân tử CO₂:

Nguyên tử carbon (C) có cấu hình electron là 1s²2s²2p², nguyên tử oxygen (O) có cấu hình electron là 1s²2s²2p⁴. Để đạt được cấu hình electron bền vững của khí hiếm gần nhất, nguyên tử C cần 4 electron, nguyên tử O cần 2 electron. Trong phân tử CO₂, mỗi nguyên tử O góp chung 2 electron với nguyên tử C tạo thành 2 cặp electron dùng chung.

- Công thức electron của CO₂ là:

- Nhận xét: Từ công thức electron ta thấy:

+ Phân tử CO₂ có 4 cặp electron dùng chung. Cặp electron chung lệch về phía nguyên tử O (nguyên tử có độ âm điện lớn hơn).

+ Trong phân tử CO₂ có 4 cặp electron riêng của nguyên tử O.

2. Công thức Lewis của CO₂

a) Cách 1: Viết công thức Lewis dựa vào công thức electron

Từ công thức electron, thay 1 cặp electron dùng chung bằng 1 gạch nối giữa hai nguyên tử ta được công thức Lewis

Từ công thức electron của CO₂ ta thấy mỗi nguyên tử O liên kết với nguyên tử C bằng 2 cặp electron, ta thay 2 cặp electron này bằng hai gạch nối “=”. Ta được công thức Lewis của CO₂ là:

b) Cách 2: Viết công thức Lewis dựa vào quy tắc

Bước 1: Tính tổng số electron hóa trị trong phân tử

Carbon có 4 electron hóa trị, oxygen có 6 electron hóa trị. Trong phân tử CO₂ có 1 nguyên tử carbon và 2 nguyên tử oxygen.

Vậy tổng số electron hóa trị = 4 + 6.2 = 16 electron.

Bước 2: Xác định nguyên tử trung tâm và vẽ sơ đồ khung biểu diễn liên kết giữa nguyên tử trung tâm với các nguyên tử xung quanh qua các liên kết đơn.

Trong phân tử CO₂, C có độ âm điện nhỏ hơn (mặt khác nguyên tử C cần 4 electron để đạt octet, nguyên tử O cần 2 electron hóa trị để đạt octet). Vì vậy, C là nguyên tử trung tâm, còn các nguyên tử O được xếp xung quanh:

O – C – O (1)

Bước 3: Tính số electron hóa trị chưa tham gia liên kết bằng cách lấy tổng số electron trừ số electron tham gia tạo liên kết.

Số electron hóa trị chưa tham gia liên kết trong sơ đồ là: 16 – 2.2 = 12

Hoàn thiện octet cho các nguyên tử có độ âm điện lớn hơn trong sơ đồ.

Trong công thức (1), xung quanh mỗi nguyên tử O mới có 2 electron nên cần phải bổ sung 6 electron vào mỗi nguyên tử này. Ta được công thức (2)

Số electron hóa trị còn lại: 12 – 6.2 = 0

Nguyên tử trung tâm C có 4 electron hóa trị, chưa đạt octet.

Bước 4: Chuyển cặp electron chưa liên kết trên nguyên tử xung quanh thành electron liên kết sao cho nguyên tử trung tâm thỏa mãn quy tắc octet.

- Vì C chưa đạt octet, cần chuyển một cặp electron của mỗi nguyên tử oxygen thành cặp electron chung giữa C và O để C đạt octet.

- Công thức Lewis của phân tử CO₂ thu được là:

- Nhận xét:

+ Liên kết C=O phân cực về phía nguyên tử O.

+ Phân tử CO₂ không có cực, mặc dù liên kết C=O trong phân tử là liên kết có cực. Do phân tử này có dạng thẳng, hai liên kết C=O lại có chiều ngược nhau nên triệt tiêu lẫn nhau khi xét cho cả phân tử.

3. Công thức cấu tạo của CO₂

Từ công thức Lewis, ta loại bỏ đi các electron tự do (electron không tham gia liên kết) thu được công thức cấu tạo.

- Công thức cấu tạo của CO₂ là:

- Nhận xét:

+ Trong phân tử CO₂ có 2 liên kết đôi (trong mỗi liên kết đôi có một liên kết σ và một liên kết π).

+ Phân tử CO₂ có cấu tạo thẳng.

4. Ví dụ minh họa

Câu 1: Phân tử CO₂ có cấu trúc?

A. Thẳng

B. Góc

C. Tứ diện đều

D. Tam giác phẳng

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Phân tử CO₂ có cấu trúc thẳng do hai liên kết đôi C=O phân bố thẳng hàng với nguyên tử C.

Câu 2. Trong phân tử CO₂, giữa nguyên tử carbon và mỗi nguyên tử oxygen có bao nhiêu cặp electron dùng chung?

A. 1

B. 2

C. 3

D. 4

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Công thức electron của CO₂ là

⇒ Trong phân tử CO₂, giữa nguyên tử carbon và mỗi nguyên tử oxygen có 4 cặp electron dùng chung.

Xem thêm cách viết công thức Lewis của một số chất hay, chi tiết khác:

• Công thức Lewis của Cl₂

• Công thức Lewis của H₂

• Công thức Lewis của O₂

• Công thức Lewis của F₂

• Công thức Lewis của N₂

---