Việc nắm vững cách viết công thức Lewis là nền tảng quan trọng trong hóa học, giúp dự đoán cấu trúc và tính chất của phân tử. Đối với Hydrogen sulfide (H2S), một hợp chất quen thuộc nhưng có nhiều ứng dụng trong thực tiễn và nghiên cứu, việc biểu diễn chính xác công thức Lewis càng trở nên cần thiết. Bài viết này sẽ cung cấp hướng dẫn chi tiết từng bước để bạn có thể viết công thức electron, công thức Lewis và công thức cấu tạo của H2S một cách nhanh chóng và chuẩn xác nhất, theo chương trình sách giáo khoa mới.
I. Công Thức Electron của H2S
Công thức electron biểu diễn tất cả các electron hóa trị trong một phân tử, bao gồm cả electron dùng chung (tạo liên kết) và electron không dùng chung (electron tự do).
1. Sự Tạo Thành Phân Tử H2S
Nguyên tử Hydrogen (H) có cấu hình electron 1s¹, cần thêm 1 electron để đạt cấu hình bền vững của khí hiếm He. Nguyên tử Sulfur (S) có cấu hình electron 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴, cần thêm 2 electron để đạt cấu hình octet bền vững như khí hiếm Argon.
Khi phân tử H2S hình thành, mỗi nguyên tử H sẽ góp chung 1 electron với nguyên tử S, tạo thành một cặp electron dùng chung. Với hai nguyên tử H, nguyên tử S sẽ hình thành hai cặp electron dùng chung với hai nguyên tử H.
2. Công Thức Electron của H2S
Dựa trên sự góp chung electron, công thức electron của H2S được biểu diễn như sau:
3. Nhận Xét
- Phân tử H2S có 2 cặp electron dùng chung, tạo thành hai liên kết giữa S và H.
- Các cặp electron dùng chung này không bị lệch đáng kể về phía nguyên tử nào, do độ âm điện giữa S và H không chênh lệch quá lớn.
- Trong phân tử H2S, nguyên tử S còn lại 2 cặp electron tự do (electron không liên kết), trong khi nguyên tử H không còn electron tự do.
II. Công Thức Lewis của H2S
Công thức Lewis là một dạng đơn giản hóa của công thức electron, trong đó mỗi cặp electron dùng chung được thay thế bằng một gạch nối (–) và các cặp electron tự do được giữ nguyên.
1. Cách 1: Viết Công Thức Lewis Dựa vào Công Thức Electron
Đây là cách đơn giản nhất. Từ công thức electron đã xác định, chúng ta chỉ cần thay mỗi cặp electron dùng chung bằng một gạch nối (liên kết đơn) giữa hai nguyên tử liên kết.
Từ công thức electron của H2S, ta thấy mỗi nguyên tử H liên kết với nguyên tử S bằng một cặp electron. Thay mỗi cặp electron này bằng một gạch nối “–”, ta được công thức Lewis của H2S:
2. Cách 2: Thực Hiện Lần Lượt Theo Các Bước
Phương pháp này hệ thống hơn, áp dụng cho nhiều phân tử khác nhau.
Bước 1: Tính tổng số electron hóa trị trong phân tử.
- Nguyên tử Sulfur (S) có 6 electron hóa trị.
- Nguyên tử Hydrogen (H) có 1 electron hóa trị.
- Trong phân tử H2S có 1 nguyên tử S và 2 nguyên tử H.
- Tổng số electron hóa trị = 6 (của S) + 1 × 2 (của 2H) = 8 electron.
Bước 2: Xác định nguyên tử trung tâm và vẽ sơ đồ khung biểu diễn liên kết đơn.
Nguyên tử trung tâm thường là nguyên tử có độ âm điện thấp nhất (trừ Hydrogen) hoặc cần nhiều electron nhất để đạt cấu hình octet.
- Trong H2S, nguyên tử S cần 2 electron để đạt octet, còn H cần 1 electron để đạt octet (cấu hình He). Do đó, S là nguyên tử trung tâm, và các nguyên tử H được xếp xung quanh S.
- Vẽ một gạch nối (một liên kết đơn) từ nguyên tử trung tâm đến mỗi nguyên tử xung quanh: H – S – H.
Bước 3: Tính số electron hóa trị chưa tham gia liên kết và hoàn thiện octet.
- Số electron đã tham gia liên kết trong sơ đồ khung H – S – H là 2 (liên kết) × 2 (electron/liên kết) = 4 electron.
- Số electron hóa trị chưa tham gia liên kết = Tổng số electron hóa trị – Số electron đã tham gia liên kết = 8 – 4 = 4 electron.
- Hoàn thiện cấu hình octet cho các nguyên tử có độ âm điện lớn hơn (trừ hydrogen) trong sơ đồ bằng cách thêm các cặp electron tự do. Nguyên tử H đã đủ cấu hình bền vững (2 electron). Xung quanh nguyên tử S hiện có 4 electron từ hai liên kết, cần bổ sung thêm 4 electron (2 cặp electron tự do) để đạt octet.
Sau khi bổ sung, ta được công thức Lewis của H2S:
3. Nhận Xét Về Phân Tử H2S
- Độ phân cực liên kết: Độ chênh lệch độ âm điện giữa Sulfur (χ = 2.58) và Hydrogen (χ = 2.2) là ∆χ(S – H) = |2.58 – 2.2| = 0.38. Giá trị này nhỏ hơn 0.4, cho thấy liên kết S – H trong phân tử H2S thuộc loại liên kết cộng hóa trị không phân cực hoặc rất ít phân cực.
- Sự xen phủ orbital: Liên kết S – H được tạo thành do sự xen phủ giữa orbital s của nguyên tử H và orbital p của nguyên tử S.
- Cấu trúc hình học: Phân tử H2S có cấu tạo góc, tương tự như phân tử nước (H2O), do sự đẩy của hai cặp electron không liên kết trên nguyên tử trung tâm Sulfur.
Cấu tạo góc của phân tử H2S minh họa liên kết S-H và các cặp electron không liên kết
III. Công Thức Cấu Tạo của H2S
Công thức cấu tạo là dạng đơn giản nhất, chỉ biểu diễn các liên kết hóa học giữa các nguyên tử mà không hiển thị các cặp electron tự do.
Từ công thức Lewis, ta loại bỏ đi các electron tự do (electron không tham gia liên kết) sẽ thu được công thức cấu tạo của H2S:
H – S – H
Nhận Xét
Trong phân tử H2S, có 2 liên kết đơn S – H.
IV. Ví Dụ Minh Họa
Để củng cố kiến thức, hãy cùng xem xét một số ví dụ thực tế.
Câu 1: Hydrogen sulfide là một chất khí không màu, mùi trứng thối, độc. Hydrogen sulfide có công thức hóa học là H2S. Cho nguyên tử sulfur (S) có 6 electron hóa trị. Công thức electron của H2S là:
Hướng dẫn giải:
Đáp án đúng là: B
Nguyên tử sulfur (S) có 6 electron hóa trị. Để đạt được cấu hình electron bền vững (octet), nguyên tử S cần thêm 2 electron. Mỗi nguyên tử hydrogen (H) có 1 electron hóa trị, cần thêm 1 electron để đạt cấu hình bền vững (duplet). Khi hình thành phân tử H2S, mỗi nguyên tử H sẽ góp chung 1 electron với nguyên tử S, tạo thành 2 cặp electron dùng chung.
Công thức electron của H2S chính xác là:
Câu 2: Hợp chất nào sau đây có liên kết cộng hóa trị không phân cực?
A. H2O
B. H2S
C. CO2
D. NH3
Hướng dẫn giải:
Đáp án đúng là: B
Để xác định liên kết cộng hóa trị không phân cực, ta cần tính độ chênh lệch độ âm điện (∆χ) giữa các nguyên tử tạo liên kết.
- ∆χ(O – H) = |3.44 – 2.2| = 1.24 (phân cực mạnh)
- ∆χ(S – H) = |2.58 – 2.2| = 0.38 (không phân cực hoặc rất ít phân cực, theo quy ước thường <0.4)
- ∆χ(C – O) = |3.44 – 2.55| = 0.89 (phân cực)
- ∆χ(N – H) = |3.04 – 2.2| = 0.84 (phân cực)
Vì ∆χ(S – H) = 0.38 < 0.4, liên kết S – H trong phân tử H2S thuộc loại liên kết cộng hóa trị không phân cực.
Kết Luận
Việc nắm vững cách viết công thức Lewis của H2S, từ công thức electron đến công thức cấu tạo, là kiến thức cơ bản nhưng vô cùng quan trọng trong hóa học vô cơ. Hy vọng với hướng dẫn chi tiết và các ví dụ minh họa trong bài viết này, bạn đã có thể tự tin biểu diễn và hiểu rõ hơn về cấu trúc của phân tử H2S, từ đó dễ dàng áp dụng cho các hợp chất khác.
