Công Thức Lewis NH3: Hướng Dẫn Chi Tiết và Ví Dụ Minh Họa

Ammonia (NH3) là một hợp chất vô cơ quan trọng và thường xuyên xuất hiện trong các bài tập hóa học. Bài viết này sẽ cung cấp hướng dẫn chi tiết về cách viết công thức Lewis của NH3, giúp học sinh nắm vững kiến thức và áp dụng hiệu quả.

1. Công Thức Electron của NH3

Sự hình thành phân tử NH3 bắt đầu từ cấu hình electron của các nguyên tử thành phần. Nguyên tử hydrogen (H) có cấu hình electron 1s¹, trong khi nguyên tử nitrogen (N) có cấu hình electron 1s²2s²2p³. Để đạt được cấu hình electron bền vững tương tự khí hiếm gần nhất, nguyên tử N cần thêm 3 electron, còn mỗi nguyên tử H cần thêm 1 electron.

Trong quá trình hình thành phân tử NH3, mỗi nguyên tử H góp chung 1 electron với nguyên tử N, tạo thành một cặp electron dùng chung. Ba nguyên tử H sẽ tạo thành ba cặp electron dùng chung với nguyên tử N.

Công thức electron của NH3 được biểu diễn như sau:

Từ công thức electron, ta có thể rút ra những nhận xét quan trọng sau:

Phân tử NH3 có 3 cặp electron dùng chung, tạo thành liên kết cộng hóa trị giữa N và H. Các cặp electron này bị lệch về phía nguyên tử N do độ âm điện của N lớn hơn H.
Trong phân tử NH3, nguyên tử N còn một cặp electron tự do không tham gia liên kết.

2. Cách Viết Công Thức Lewis của NH3

Có hai cách chính để viết công thức Lewis của NH3:

a) Cách 1: Dựa vào công thức electron

Nguyên tắc cơ bản của phương pháp này là thay thế mỗi cặp electron dùng chung trong công thức electron bằng một gạch nối giữa hai nguyên tử.

Từ công thức electron của NH3, ta thấy mỗi nguyên tử H liên kết với nguyên tử N bằng một cặp electron. Do đó, ta thay mỗi cặp electron này bằng một gạch nối “–”. Kết quả là công thức Lewis của NH3:

b) Cách 2: Thực hiện theo các bước

Phương pháp này bao gồm các bước cụ thể để xác định công thức Lewis một cách hệ thống:

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

Nitrogen (N) có 5 electron hóa trị, hydrogen (H) có 1 electron hóa trị. Trong phân tử NH3 có 1 nguyên tử N và 3 nguyên tử H.

Vậy tổng số electron hóa trị = 5 + 3 * 1 = 8 electron.
Bước 2: Vẽ khung phân tử tạo bởi liên kết đơn giữa các nguyên tử.

Trong phân tử NH3, nguyên tử N cần 3 electron để đạt octet, mỗi nguyên tử H cần 1 electron để đạt cấu hình bền vững. Vì vậy, N là nguyên tử trung tâm, còn các nguyên tử H được xếp xung quanh:
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: 8 – 2 * 3 = 2 electron.
Bước 4: Hoàn thiện octet cho các nguyên tử có độ âm điện lớn hơn trong sơ đồ.

Từ công thức ở bước 2, nguyên tử H đã đạt cấu hình bền vững (2 electron). Ta cần hoàn thiện octet cho N. Xung quanh nguyên tử N mới có 6 electron, ta bổ sung 2 electron vào nguyên tử N, tạo thành một cặp electron tự do. Kết quả là công thức Lewis của NH3:

Nhận xét về liên kết và cấu trúc của NH3:

Độ âm điện của N là 3.04 và của H là 2.2, do đó ∆χ(N – H) = |3.04 – 2.2| = 0.84. Điều này cho thấy liên kết N – H trong phân tử NH3 thuộc loại liên kết cộng hóa trị phân cực. Liên kết N – H phân cực về phía nguyên tử N.
Liên kết N – H được hình thành do sự xen phủ orbital s – p (orbital s của H xen phủ với orbital p của N).
Phân tử NH3 có dạng hình tháp tam giác.

3. Công Thức Cấu Tạo của NH3

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

Công thức cấu tạo của NH3 là:

Trong phân tử NH3 có 3 liên kết đơn N – H.

4. Ví dụ minh họa

Câu 1. Liên kết trong phân tử nào dưới đây không được hình thành do sự xen phủ giữa các orbital cùng loại (ví dụ cùng là orbital s, hoặc cùng là orbital p)?

A. Cl₂.

B. H₂.

C. NH₃.

D. Br₂.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Liên kết trong phân tử NH₃ được hình thành do AO s (của H) xen phủ với AO p (của N).

Câu 2. Cho biết nguyên tử nitrogen (N) có 5 electron hóa trị. Số cặp electron dùng chung trong phân tử NH3 là

A. 1

B. 2

C. 3

D. 4