Việc dự đoán hình dạng phân tử là một phần quan trọng trong hóa học, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về tính chất và khả năng phản ứng của các chất. Một trong những phương pháp hiệu quả để làm điều này là sử dụng công thức VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion – Sự đẩy giữa các cặp electron hóa trị). Bài viết này sẽ hướng dẫn chi tiết Cách Viết Công Thức Vsepr và áp dụng nó để dự đoán hình học của một số phân tử phổ biến.
Công thức VSEPR là gì?
Công thức VSEPR là một công cụ giúp dự đoán hình dạng ba chiều của một phân tử dựa trên sự đẩy giữa các cặp electron hóa trị xung quanh nguyên tử trung tâm. Công thức này có dạng AXmEn, trong đó:
- A: Nguyên tử trung tâm.
- X: Số lượng nguyên tử liên kết với nguyên tử trung tâm (số cặp electron liên kết).
- E: Số lượng cặp electron tự do trên nguyên tử trung tâm.
- m và n là các chỉ số thể hiện số lượng tương ứng của X và E.
Các bước viết công thức VSEPR và dự đoán hình học phân tử:
-
Xác định công thức Lewis của phân tử: Bước đầu tiên là vẽ công thức Lewis để xác định số lượng electron hóa trị, số liên kết và số cặp electron tự do.
-
Xác định nguyên tử trung tâm (A): Nguyên tử trung tâm thường là nguyên tử có độ âm điện thấp hơn và có khả năng tạo nhiều liên kết hơn.
-
Đếm số lượng nguyên tử liên kết (X) với nguyên tử trung tâm: Đếm số lượng nguyên tử trực tiếp liên kết với nguyên tử trung tâm.
-
Đếm số lượng cặp electron tự do (E) trên nguyên tử trung tâm: Xác định số lượng cặp electron không tham gia liên kết trên nguyên tử trung tâm.
-
Viết công thức VSEPR: Dựa vào các giá trị A, X, và E đã xác định, viết công thức VSEPR theo dạng AXmEn.
-
Dự đoán hình học phân tử: Sử dụng bảng hình học VSEPR (sẽ được trình bày bên dưới) để xác định hình dạng phân tử tương ứng với công thức VSEPR.
Ví dụ minh họa:
a) Phân tử HCN (Hydro cyanide):
-
Công thức Lewis: H-C≡N
-
Nguyên tử trung tâm (A): Carbon (C)
-
Số lượng nguyên tử liên kết (X): 2 (một nguyên tử H và một nguyên tử N)
-
Số lượng cặp electron tự do (E): 0
-
Công thức VSEPR: AX2
-
Hình học phân tử: Đường thẳng.
b) Phân tử SO3 (Lưu huỳnh trioxit):
-
Công thức Lewis:
-
Nguyên tử trung tâm (A): Lưu huỳnh (S)
-
Số lượng nguyên tử liên kết (X): 3 (ba nguyên tử O)
-
Số lượng cặp electron tự do (E): 0
-
Công thức VSEPR: AX3
-
Hình học phân tử: Tam giác phẳng.
c) Phân tử PH3 (Phosphine):
-
Công thức Lewis:
-
Nguyên tử trung tâm (A): Phosphorus (P)
-
Số lượng nguyên tử liên kết (X): 3 (ba nguyên tử H)
-
Số lượng cặp electron tự do (E): 1
-
Công thức VSEPR: AX3E1
-
Hình học phân tử: Tháp tam giác (hoặc chóp tam giác).
Bảng hình học VSEPR:
| Công thức VSEPR | Số lượng cặp electron | Hình học electron | Hình học phân tử | Ví dụ |
|---|---|---|---|---|
| AX2 | 2 | Đường thẳng | Đường thẳng | BeCl2 |
| AX3 | 3 | Tam giác phẳng | Tam giác phẳng | BF3 |
| AX2E | 3 | Tam giác phẳng | Chữ V (Góc) | SO2 |
| AX4 | 4 | Tứ diện | Tứ diện | CH4 |
| AX3E | 4 | Tứ diện | Tháp tam giác | NH3 |
| AX2E2 | 4 | Tứ diện | Chữ V (Góc) | H2O |
| AX5 | 5 | Lưỡng tháp tam giác | Lưỡng tháp tam giác | PCl5 |
| AX4E | 5 | Lưỡng tháp tam giác | Bập bênh | SF4 |
| AX3E2 | 5 | Lưỡng tháp tam giác | Hình chữ T | ClF3 |
| AX2E3 | 5 | Lưỡng tháp tam giác | Đường thẳng | XeF2 |
| AX6 | 6 | Bát diện | Bát diện | SF6 |
| AX5E | 6 | Bát diện | Chóp vuông | BrF5 |
| AX4E2 | 6 | Bát diện | Vuông phẳng | XeF4 |
Lưu ý:
- Các cặp electron tự do có lực đẩy mạnh hơn so với các cặp electron liên kết, do đó chúng có thể làm biến dạng hình học phân tử so với hình học electron lý tưởng.
- Với các phân tử có nhiều nguyên tử trung tâm, ta cần xét hình học xung quanh từng nguyên tử trung tâm.
Kết luận:
Nắm vững cách viết công thức VSEPR và bảng hình học VSEPR là công cụ hữu ích để dự đoán hình dạng phân tử. Điều này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cấu trúc và tính chất của các chất, đồng thời là nền tảng quan trọng trong học tập và nghiên cứu hóa học.
