Methane (CH4) là một hợp chất hóa học quan trọng, đặc biệt trong hóa học hữu cơ. Để hiểu rõ cấu trúc và tính chất của CH4, việc nắm vững công thức Lewis là vô cùng cần thiết. Bài viết này sẽ hướng dẫn chi tiết cách viết Công Thức Lewis Của Ch4, giúp bạn đọc dễ dàng nắm bắt và áp dụng.
1. Tổng Quan Về Methane (CH4)
Methane là một hydrocarbon đơn giản, có công thức phân tử là CH4. Nó là thành phần chính của khí tự nhiên và là một khí nhà kính quan trọng. Methane có cấu trúc tứ diện đều, với nguyên tử carbon ở trung tâm và bốn nguyên tử hydrogen xung quanh.
2. Công Thức Electron Của CH4
Để viết công thức Lewis, trước tiên chúng ta cần hiểu về sự hình thành liên kết trong phân tử CH4.
- Nguyên tử Carbon (C) có cấu hình electron là 1s²2s²2p², với 4 electron hóa trị.
- Nguyên tử Hydrogen (H) có cấu hình electron là 1s¹, với 1 electron hóa trị.
Để đạt được cấu hình electron bền vững, nguyên tử C cần thêm 4 electron, trong khi mỗi nguyên tử H cần thêm 1 electron. Trong phân tử CH4, nguyên tử C góp chung 4 electron với 4 nguyên tử H, tạo thành 4 cặp electron dùng chung.
Công thức electron của CH4 thể hiện rõ sự góp chung electron này:
Nhận xét:
- Phân tử CH4 có 4 cặp electron dùng chung, phân bố đều xung quanh nguyên tử Carbon.
- Các cặp electron này không bị lệch về phía nguyên tử nào, cho thấy đây là liên kết cộng hóa trị không cực.
- Trong phân tử CH4 không có electron tự do, điều này ảnh hưởng đến tính chất hóa học của nó.
3. Công Thức Lewis Của CH4: Hai Phương Pháp Tiếp Cận
a) Phương Pháp 1: Dựa Trên Công Thức Electron
Công thức Lewis đơn giản hóa công thức electron bằng cách thay mỗi cặp electron dùng chung bằng một gạch nối (–) giữa hai nguyên tử.
Từ công thức electron của CH4, ta thay mỗi cặp electron giữa C và H bằng một gạch nối, ta được công thức Lewis của CH4:
b) Phương Pháp 2: Theo Các Bước Chi Tiết
Phương pháp này giúp bạn tiếp cận một cách bài bản và dễ hiểu hơn.
-
Bước 1: Tính Tổng Số Electron Hóa Trị
Carbon (C) có 4 electron hóa trị, hydrogen (H) có 1 electron hóa trị. Trong phân tử CH4 có 1 nguyên tử C và 4 nguyên tử H.
Tổng số electron hóa trị = 4 + 4 * 1 = 8 electron.
-
Bước 2: Vẽ Khung Phân Tử
Trong CH4, C là nguyên tử trung tâm vì nó cần 4 electron để đạt octet (8 electron lớp ngoài cùng), trong khi H chỉ cần 1. Các nguyên tử H được xếp xung quanh C:
-
Bước 3: Xác Định Số Electron Chưa Tham Gia Liên Kết
Số electron hóa trị chưa tham gia liên kết là: 8 – 2 * 4 = 0 (mỗi liên kết đơn tương ứng với 2 electron).
Trong công thức trên, nguyên tử H và C đều đã đủ octet (H có 2 electron, C có 8 electron).
Vậy công thức Lewis của CH4 là:
Nhận xét:
- Độ âm điện của C là 2.55 và của H là 2.2, do đó ∆χ(C – H) = |2.55 – 2.2| = 0.35. Giá trị này nhỏ hơn 0.4, cho thấy liên kết C – H thuộc loại liên kết cộng hóa trị không phân cực.
- Liên kết C – H được tạo thành do sự xen phủ orbital s – p giữa orbital 1s của H và orbital 2p của C.
- Phân tử CH4 có dạng hình học tứ diện đều, đảm bảo sự phân bố đều của các liên kết và giảm thiểu lực đẩy giữa các electron.
Hình dạng tứ diện đều của phân tử CH4:
4. Công Thức Cấu Tạo Của CH4
Công thức cấu tạo đơn giản hơn công thức Lewis, chỉ biểu diễn các liên kết giữa các nguyên tử, bỏ qua các electron không liên kết.
Vì công thức Lewis của CH4 không có electron không liên kết, nên công thức cấu tạo của CH4 trùng với công thức Lewis:
Nhận xét:
- Trong phân tử CH4 có 4 liên kết đơn C – H.
- Công thức Lewis và công thức cấu tạo của CH4 giống nhau vì các nguyên tử không còn electron riêng.
5. Ví Dụ Minh Họa
Câu 1. Liên kết C – H trong phân tử CH4 thuộc loại liên kết nào?
A. Liên kết ion
B. Liên kết cộng hóa trị phân cực
C. Liên kết cộng hóa trị không phân cực
D. Liên kết kim loại
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: C
Liên kết C – H có hiệu độ âm điện nhỏ (0.35), thuộc loại liên kết cộng hóa trị không phân cực.
Câu 2. Trong phân tử methane (CH4), số lượng cặp electron dùng chung giữa nguyên tử carbon (C) và các nguyên tử hydrogen (H) là bao nhiêu?
A. 1
B. 2
C. 3
D. 4
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: D
Mỗi nguyên tử H góp chung 1 electron với nguyên tử C, tạo thành 4 cặp electron dùng chung.
6. Tóm Tắt
Bài viết đã trình bày chi tiết cách viết công thức Lewis của CH4, một hợp chất quan trọng trong hóa học. Hy vọng rằng, với hướng dẫn này, bạn đọc có thể dễ dàng nắm vững kiến thức và áp dụng vào việc học tập và nghiên cứu. Việc hiểu rõ công thức Lewis không chỉ giúp ta hình dung cấu trúc phân tử, mà còn là nền tảng để hiểu các tính chất hóa học của hợp chất đó.