Sơ đồ chấm Lewis cho nguyên tử, ion và phân tử cộng hóa trị

Sơ đồ chấm electron Lewis trở nên hữu ích ngay khi một công thức hóa học không còn cung cấp đủ thông tin. \(\ce{H2O}\) cho bạn biết nước chứa hai nguyên tử hiđro và một nguyên tử oxi, nhưng nó không cho thấy electron nào tạo liên kết, electron nào tồn tại dưới dạng cặp electron không liên kết, hay vì sao oxi thường tạo hai liên kết trong khi hiđro tạo một liên kết.

Hãy thử dự đoán trước khi chúng ta xây dựng phương pháp. Oxi có sáu electron hóa trị. Điều đó có nghĩa là một nguyên tử oxi trong nước đóng góp cả sáu electron này vào các liên kết không?

Không. Chỉ hai electron hóa trị của oxi được dùng để tạo hai liên kết O-H. Bốn electron còn lại tồn tại dưới dạng hai cặp electron không liên kết. Sơ đồ chấm electron Lewis giúp thể hiện rõ cách sắp xếp electron này.

01Sơ đồ chấm electron Lewis thực sự thể hiện điều gì

Trong liên kết hóa học, những electron quan trọng nhất thường là electron hóa trị, tức các electron ở lớp ngoài cùng của nguyên tử.

Có thể hình dung đây là những electron sẵn sàng tham gia vào các “cuộc thương lượng” hóa học. Các electron lớp trong đã nằm gần hạt nhân và thường không tham gia vào liên kết cộng hóa trị thông thường.

Sơ đồ Lewis thể hiện:

• kí hiệu nguyên tố cho mỗi nguyên tử
• electron hóa trị dưới dạng các chấm
• các cặp electron dùng chung dưới dạng liên kết cộng hóa trị
• các cặp electron không dùng chung dưới dạng cặp electron không liên kết
• dấu ngoặc vuông và điện tích khi toàn bộ tiểu phân là một ion

Đối với các nguyên tố nhóm chính thường gặp, nhóm trong bảng tuần hoàn cho biết số electron hóa trị.

Heli là ngoại lệ trong Nhóm 18. Nó chỉ có hai electron vì lớp electron thứ nhất đã đầy với hai electron.

02Sơ đồ chấm electron Lewis cho từng nguyên tử

Hãy bắt đầu với clo.

Một nguyên tử clo có bảy electron hóa trị. Trước khi vẽ, hãy dự đoán các chấm nên được sắp xếp như thế nào. Bạn có đặt cả bảy chấm về một phía của kí hiệu không?

Cách đó vẫn thể hiện đủ bảy electron, nhưng không truyền đạt rõ cách sắp xếp của chúng. Theo quy ước Lewis thông thường, trước tiên ta đặt một electron ở mỗi trong bốn phía, rồi mới bắt đầu ghép đôi.

Vì vậy, clo có thể được biểu diễn như sau:

   ••
•• Cl ••
   •

Tổng cộng có bảy chấm:

• ba cặp
• một electron độc thân

Electron độc thân duy nhất đó là một gợi ý hữu ích. Clo thường tạo một liên kết cộng hóa trị, cho phép nó dùng chung thêm một electron và đạt được cách sắp xếp bền vững ở lớp ngoài cùng.

N

   ••
•  N  •
   •

03Sơ đồ Lewis cho ion đơn nguyên tử

Bây giờ giả sử một nguyên tử nhận thêm hoặc mất electron.

Sai lầm phổ biến nhất ở đây là vẽ nguyên tử trung hòa trước rồi chỉ đơn giản ghi điện tích bên cạnh. Điện tích không phải là một chi tiết trang trí. Nó cho biết số electron thực sự đã thay đổi.

Xét ion oxit, \(\mathrm{O}^{2-}\).

Một nguyên tử oxi trung hòa có sáu electron hóa trị. Điện tích \(2-\) có nghĩa là nó đã nhận thêm hai electron:

\[ 6 + 2 = 8 \text{ electron hóa trị} \]

Do đó, sơ đồ Lewis của nó có tám chấm:

    ••
[•• O ••]²⁻
    ••

Hãy chú ý hai đặc điểm quan trọng:

1. Có tám electron xung quanh O.
2. Toàn bộ kí hiệu Lewis được đặt trong dấu ngoặc vuông, với \(2-\) viết ở bên ngoài.

Đối với ion dương, hãy làm ngược lại: trừ electron.

Ví dụ, natri có một electron hóa trị khi là nguyên tử trung hòa. Ion natri \(\mathrm{Na}^{+}\) đã mất electron đó, nên kí hiệu Lewis của nó không có chấm nào:

[Na]⁺

Một quy tắc tiện dụng là:

\[ \text{electron trong anion} = \text{electron hóa trị của nguyên tử trung hòa} + \text{độ lớn điện tích âm} \]

\[ \text{electron trong cation} = \text{electron hóa trị của nguyên tử trung hòa} - \text{độ lớn điện tích dương} \]

Các từ “cộng” và “trừ” có thể gây nhầm lẫn ở đây. Ion âm có nhiều electron hơn, trong khi ion dương có ít electron hơn.

04Từ nguyên tử đến phân tử cộng hóa trị

Liên kết cộng hóa trị hình thành khi hai nguyên tử dùng chung một cặp electron.

Đây là điểm đầu tiên mà ý nghĩa của các chấm thay đổi đôi chút. Trong một nguyên tử riêng lẻ, một chấm thuộc về nguyên tử đó. Trong liên kết cộng hóa trị, một cặp electron được dùng chung giữa hai hạt nhân.

Thông thường, ta thay một cặp chấm dùng chung bằng một đường:

H:H

trở thành

H-H

Một đường biểu diễn hai electron, không phải một.

Điều này rất đáng ghi nhớ ngay từ bây giờ vì việc vô tình tính mỗi liên kết là một electron gây ra rất nhiều lỗi khi vẽ sơ đồ Lewis.

Ý tưởng về bát tử

Nhiều nguyên tử nhóm chính có xu hướng đạt tám electron ở lớp hóa trị khi tạo liên kết. Đây được gọi là quy tắc bát tử.

Hiđro thì khác. Lớp electron thứ nhất của nó chỉ chứa tối đa hai electron, vì vậy hiđro hướng tới một bộ đôi electron, không phải bát tử.

Quy tắc bát tử là một mô hình hữu ích, không phải một định luật mà mọi tiểu phân đều tuân theo. Có những ngoại lệ quan trọng, bao gồm các phân tử chứa những nguyên tố như bo và các tiểu phân có lớp hóa trị mở rộng. Tuy nhiên, đối với các cấu trúc Lewis HSC thường gặp được xem xét ở đây, quy tắc bát tử là một điểm khởi đầu rất tốt.

05Một phương pháp đáng tin cậy để vẽ phân tử

Đối với các phân tử cộng hóa trị đơn giản và ion đa nguyên tử, hãy dùng trình tự sau.

1. Đếm tất cả electron hóa trị

Cộng số electron hóa trị do từng nguyên tử đóng góp.

Sau đó điều chỉnh theo điện tích:

• cộng một electron cho mỗi đơn vị điện tích âm
• trừ một electron cho mỗi đơn vị điện tích dương

2. Chọn nguyên tử trung tâm

Nguyên tử trung tâm thường là nguyên tử có khả năng tạo nhiều liên kết.

Hiđro không bao giờ là nguyên tử trung tâm trong một cấu trúc Lewis thông thường vì nó chỉ tạo một liên kết.

Các halogen như flo và clo cũng thường là các nguyên tử ở đầu mút.

3. Nối các nguyên tử bằng liên kết đơn

Mỗi liên kết đơn chứa hai electron.

Trừ số electron liên kết đó khỏi tổng số electron của bạn.

4. Hoàn thành các nguyên tử ngoài trước

Cung cấp cho các nguyên tử đầu mút đủ electron để đạt bát tử, ngoại trừ hiđro chỉ cần hai electron.

5. Đặt các electron còn lại lên nguyên tử trung tâm

Bất kỳ electron nào chưa được sử dụng sẽ trở thành các cặp electron không liên kết trên nguyên tử trung tâm.

6. Kiểm tra nguyên tử trung tâm

Nếu nguyên tử trung tâm vẫn chưa đạt bát tử, một cặp electron không liên kết từ nguyên tử lân cận có thể cần trở thành cặp electron liên kết thứ hai hoặc thứ ba.

Điều này tạo ra liên kết đôi hoặc liên kết ba.

7. Đếm lại mọi thứ

Cấu trúc cuối cùng phải chứa chính xác số electron hóa trị mà bạn đã tính lúc đầu.

Bước kiểm tra cuối cùng này phát hiện được rất nhiều lỗi.

06Cặp electron không liên kết không phải là electron dư thừa

Một cặp electron không liên kết là một cặp electron hóa trị nằm trên một nguyên tử và không được sử dụng trong liên kết.

Hãy tưởng tượng một bài tập nhóm trong đó hai học sinh đồng ý dùng chung một cuốn sách giáo khoa. Cuốn sách dùng chung đó giống như một cặp electron liên kết. Một học sinh giữ riêng hai cuốn sách khác cho mình thì giống một cặp electron không liên kết hơn.

Phép so sánh này có giới hạn vì electron không phải là những vật thể thuộc quyền sở hữu của một nguyên tử và đứng yên tại đó. Mật độ electron được mô tả bằng cơ học lượng tử, và các electron liên kết chiếm các obitan phân tử. Tuy nhiên, đối với sơ đồ Lewis, “cặp dùng chung” và “cặp electron không liên kết” là những khái niệm hữu ích để theo dõi electron.

Các cặp electron không liên kết quan trọng vì chúng ảnh hưởng đến nhiều thứ hơn là chỉ hình vẽ. Sau này, chúng sẽ giúp bạn dự đoán:

• hình dạng phân tử
• góc liên kết
• độ phân cực của phân tử
• lực tương tác giữa các phân tử

Vì vậy, đừng coi chúng là những chấm thừa có thể bỏ qua.

H O H

H-O-H

  ••
H-O-H
  ••

07Khi liên kết đơn là chưa đủ

Bây giờ hãy xét \(\ce{CO2}\).

Nếu nối tất cả bằng liên kết đơn, ta có thể bắt đầu với:

O-C-O

Trông có vẻ hợp lý. Nhưng cấu trúc Lewis bị ràng buộc bởi việc đếm electron, không phải bởi mức độ gọn gàng của hình vẽ.

O-C-O

••       ••
••O-C-O••
••       ••

••     ••
O=C=O
••     ••

08Liên kết đơn, đôi và ba

Sơ đồ Lewis biểu diễn các số lượng cặp electron dùng chung khác nhau bằng số đường liên kết khác nhau.

Liên kết ba trong nitơ có thể được biểu diễn như sau:

:N≡N:

Mỗi nguyên tử nitơ có:

• sáu electron tham gia vào liên kết ba
• một cặp electron không liên kết chứa hai electron

Vì vậy, mỗi nguyên tử nitơ có một bát tử.

Đừng hiểu ba đường liên kết là “ba electron”. Ba đường có nghĩa là ba cặp, nên liên kết biểu diễn sáu electron.

09Cấu trúc Lewis cho ion đa nguyên tử

Một ion đa nguyên tử chứa nhiều nguyên tử liên kết cộng hóa trị với nhau nhưng có điện tích tổng thể.

Phương pháp gần như giống với một phân tử trung hòa. Khác biệt chính xuất hiện ngay từ đầu: điện tích làm thay đổi tổng số electron sẵn có.

Xét ion amoni, \(\ce{NH4+}\).

Nitơ đóng góp năm electron hóa trị. Bốn nguyên tử hiđro đóng góp thêm bốn:

\[ 5 + 4 = 9 \]

Nhưng tiểu phân có điện tích \(+1\), nghĩa là đã mất đi một electron:

\[ 9 - 1 = 8 \text{ electron hóa trị} \]

Tám electron đó tạo thành bốn liên kết N-H:

    H
    |
[H-N-H]⁺
    |
    H

Không có cặp electron không liên kết trên nitơ trong \(\ce{NH4+}\).

So sánh điều đó với amoniac trung hòa, \(\ce{NH3}\):

   ••
H-N-H
   |
   H

Amoniac có ba liên kết N-H và một cặp electron không liên kết trên nitơ.

Thêm \(\mathrm{H}^{+}\) vào amoniac có thể tạo thành \(\ce{NH4+}\). Cặp electron không liên kết của nitơ tham gia vào liên kết N-H mới.

Sự so sánh này hữu ích vì nó cho thấy điện tích có thể làm thay đổi kiểu liên kết, chứ không chỉ thay đổi kí hiệu ở bên ngoài sơ đồ.

10Những lỗi dễ mắc nhất khi vẽ sơ đồ Lewis

Lỗi 1: Tính mỗi liên kết là một electron

Một đường liên kết biểu diễn hai electron.

Vì vậy, ba liên kết đơn chứa:

\[ 3 \times 2 = 6 \text{ electron} \]

chứ không phải ba electron.

Lỗi 2: Cho hiđro tám electron

Hiđro chỉ cần hai electron ở lớp electron thứ nhất.

Nếu bạn thấy mình đang vẽ nhiều liên kết hoặc cặp electron không liên kết quanh hiđro, thì có điều gì đó đã sai.

Lỗi 3: Quên điều chỉnh theo điện tích ion

Đối với \(\ce{NH4+}\), hãy tính ít hơn một electron so với tổng số electron mà các nguyên tử trung hòa cung cấp.

Đối với một tiểu phân mang điện tích âm, hãy cộng thêm electron.

Lỗi 4: Hoàn thành các nguyên tử ngoài nhưng quên nguyên tử trung tâm

Đây chính xác là điều xảy ra trong lần thử đầu tiên với \(\ce{CO2}\). Các nguyên tử oxi có thể đã đủ bát tử trong khi cacbon vẫn còn thiếu electron.

Luôn kiểm tra mọi nguyên tử.

Lỗi 5: Thêm hoặc bớt electron cho đến khi sơ đồ “trông có vẻ đúng”

Tổng số electron hóa trị là cố định.

Bạn không được tự ý thêm các chấm để mọi nguyên tử đều đạt bát tử. Nếu số electron không khớp, hãy xem xét lại cách sắp xếp liên kết.

Lỗi 6: Giả định quy tắc bát tử không có ngoại lệ

Quy tắc bát tử hoạt động rất tốt đối với nhiều cấu trúc đơn giản, nhưng không phải là quy tắc phổ quát.

Ví dụ, bo có thể tạo các hợp chất bền trong đó nó có ít hơn tám electron xung quanh. Các nguyên tố ở Chu kì 3 trở đi cũng có thể xuất hiện trong những cấu trúc chứa nhiều hơn tám electron quanh nguyên tử trung tâm.

Vì vậy, hãy dùng quy tắc bát tử như một mô hình mạnh, rồi kiểm tra xem tiểu phân bạn đang nghiên cứu có thuộc một trong các ngoại lệ được công nhận hay không.

11Quy trình kiểm tra nhanh

Trước khi chấp nhận bất kỳ cấu trúc Lewis nào, hãy kiểm tra bốn điều:

1. Tổng số electron: Sơ đồ có chứa chính xác số electron hóa trị đã tính hay không?
2. Hiđro: Mỗi H có một liên kết và do đó có thể tiếp cận hai electron hay không?
3. Các nguyên tử ngoài: Các nguyên tử nhóm chính thông thường có đạt đủ bát tử ở những vị trí cần thiết hay không?
4. Nguyên tử trung tâm: Nó cũng có cách sắp xếp electron phù hợp hay bạn cần tạo liên kết bội?

Quy trình này thường nhanh hơn việc cố ghi nhớ sơ đồ hoàn chỉnh của từng phân tử.

12Câu hỏi và lời giải

Câu hỏi 1

Vẽ sơ đồ chấm electron Lewis cho một nguyên tử flo trung hòa. Nêu số electron hóa trị và số electron độc thân của nó.

Lời giải 1

Một nguyên tử flo có bảy electron hóa trị, trong đó có một electron độc thân.

Flo thuộc Nhóm 17, nên có bảy electron ở lớp ngoài cùng. Đặt một electron ở mỗi phía của F trước khi ghép đôi các electron còn lại.

Một sơ đồ hợp lệ là:

   ••
•• F ••
   •

Có ba cặp và một electron đơn lẻ:

\[ 3(2) + 1 = 7 \text{ electron hóa trị} \]

Electron độc thân duy nhất phù hợp với việc flo thường tạo một liên kết cộng hóa trị. Một lỗi phổ biến là nhầm “bảy electron hóa trị” với “bảy liên kết”. Các chấm Lewis biểu diễn electron, không phải liên kết.

Câu hỏi 2

Xây dựng sơ đồ Lewis cho ion fluoride, \(\mathrm{F}^{-}\), và giải thích vì sao nó có số chấm khác với một nguyên tử flo trung hòa.

Lời giải 2

Ion fluoride có tám electron hóa trị được biểu diễn quanh F, đặt trong dấu ngoặc vuông với điện tích \(1-\).

Flo trung hòa có bảy electron hóa trị. Điện tích âm cho biết nó đã nhận thêm một electron:

\[ 7 + 1 = 8 \text{ electron} \]

Sơ đồ Lewis của nó là:

    ••
[•• F ••]⁻
    ••

Do đó, flo có bốn cặp electron và một bát tử hoàn chỉnh.

Sai lầm dễ mắc là vẽ bảy chấm rồi chỉ thêm dấu trừ. Làm như vậy sẽ bỏ qua ý nghĩa vật lí của điện tích âm: ion chứa nhiều hơn nguyên tử trung hòa một electron.

Câu hỏi 3

Xây dựng cấu trúc Lewis của \(\ce{NH3}\). Nêu số cặp electron liên kết và cặp electron không liên kết quanh nguyên tử nitơ.

Lời giải 3

Cấu trúc Lewis của \(\ce{NH3}\) có ba cặp electron liên kết N-H và một cặp electron không liên kết trên nitơ.

Nitơ đóng góp năm electron hóa trị, và ba nguyên tử hiđro mỗi nguyên tử đóng góp một electron:

\[ 5 + 3(1) = 8 \text{ electron hóa trị} \]

Đặt nitơ ở giữa và tạo ba liên kết đơn N-H. Các liên kết này sử dụng:

\[ 3(2) = 6 \text{ electron} \]

Còn lại hai electron:

\[ 8 - 6 = 2 \]

Chúng tạo thành một cặp electron không liên kết trên nitơ:

   ••
H-N-H
   |
   H

Mỗi hiđro có thể tiếp cận hai electron thông qua một liên kết. Nitơ có sáu electron trong ba liên kết cộng với hai electron trong cặp không liên kết, nên có tám electron xung quanh nitơ.

Cặp electron không liên kết rất quan trọng. Nếu bỏ nó đi, sơ đồ chỉ tính được sáu trong tổng số tám electron hóa trị của phân tử.

Câu hỏi 4

Một học sinh đề xuất cấu trúc Lewis sau cho \(\ce{CH2O}\):

H
|
H-C-O

Sau đó, học sinh đặt ba cặp electron không liên kết trên oxi.

Hãy xác định cấu trúc này có hợp lệ hay không. Nếu không, hãy xây dựng một cấu trúc Lewis tốt hơn và giải thích điểm sai.

Lời giải 4

Cấu trúc được đề xuất không hợp lệ với tư cách là cấu trúc Lewis hoàn chỉnh. Nguyên tử cacbon chưa đủ bát tử, nên cần có một liên kết đôi C=O.

Trước tiên, hãy đếm electron hóa trị:

• C đóng góp 4
• hai nguyên tử H đóng góp \(2(1)=2\)
• O đóng góp 6

Do đó:

\[ 4 + 2 + 6 = 12 \text{ electron hóa trị} \]

Ba liên kết đơn được đề xuất sử dụng:

\[ 3(2) = 6 \text{ electron} \]

Ba cặp electron không liên kết trên oxi sử dụng thêm sáu electron, nên cả 12 electron đều đã được sử dụng.

Tuy nhiên, cacbon chỉ có ba liên kết xung quanh, tức chỉ có thể tiếp cận sáu electron thay vì tám.

Vì vậy, một cặp electron không liên kết của oxi phải trở thành cặp electron liên kết C-O thứ hai:

H
 \
  C=O
 /
H
  ••
  ••

Tương đương, nếu sắp xếp các nguyên tử theo cách khác:

  H
  |
H-C=O
    ••
    ••

Cấu trúc cuối cùng có hai liên kết đơn C-H, một liên kết đôi C=O và hai cặp electron không liên kết trên oxi.

Cạm bẫy ở đây là cho rằng tổng số electron đúng thì cấu trúc tự động đúng. Bạn cũng phải kiểm tra cách sắp xếp electron quanh từng nguyên tử.

Câu hỏi 5

Một học sinh nói: “Ion amoni, \(\ce{NH4+}\), chắc chắn phải có một cặp electron không liên kết trên nitơ vì nitơ trung hòa ban đầu có năm electron hóa trị.”

Hãy dùng phép đếm electron để kiểm tra nhận định này.

Lời giải 5

Nhận định này không đúng: nitơ không có cặp electron không liên kết trong cấu trúc Lewis thông thường của \(\ce{NH4+}\).

Bắt đầu bằng cách đếm số electron do các nguyên tử trung hòa cung cấp:

\[ 5 + 4(1) = 9 \]

Điện tích \(+1\) có nghĩa là ion có ít hơn một electron:

\[ 9 - 1 = 8 \text{ electron hóa trị} \]

Bốn liên kết đơn N-H cần đúng tám electron:

\[ 4(2) = 8 \text{ electron} \]

Vì vậy, cấu trúc là:

    H
    |
[H-N-H]⁺
    |
    H

Tất cả tám electron hóa trị sẵn có đều đã nằm trong bốn liên kết. Không còn electron nào để tạo thành cặp electron không liên kết.

Nitơ vẫn có một bát tử vì bốn liên kết đặt tám electron liên kết xung quanh nó.

Quan niệm sai xuất phát từ việc cố theo dõi riêng từng electron trong số năm electron ban đầu của nitơ sau khi liên kết hình thành. Với cấu trúc Lewis, cách tốt hơn là đếm tổng số electron hóa trị của toàn bộ tiểu phân.

Câu hỏi 6

Một phân tử giả định \(\ce{OF2}\) chứa một nguyên tử oxi liên kết với hai nguyên tử flo.

Một học sinh cho rằng oxi nên tạo liên kết đôi với cả hai nguyên tử flo vì “liên kết đôi giúp nguyên tử trung tâm có bát tử mạnh hơn”.

Hãy xây dựng cấu trúc Lewis phù hợp và giải thích vì sao các liên kết đôi được đề xuất là không cần thiết.

Lời giải 6

Cấu trúc Lewis phù hợp có hai liên kết đơn O-F, hai cặp electron không liên kết trên oxi và ba cặp electron không liên kết trên mỗi nguyên tử flo. Liên kết đôi là không cần thiết.

Đếm electron hóa trị:

\[ 6 + 2(7) = 20 \text{ electron hóa trị} \]

Hai liên kết đơn O-F sử dụng bốn electron:

\[ 2(2) = 4 \]

Còn lại:

\[ 20 - 4 = 16 \text{ electron} \]

Hoàn thành bát tử cho cả hai nguyên tử flo cần sáu electron thuộc các cặp không liên kết trên mỗi nguyên tử flo:

\[ 2(6) = 12 \text{ electron} \]

Còn lại bốn electron, tạo thành hai cặp electron không liên kết trên oxi.

Một sơ đồ gọn là:

  ••       ••
••F-O-F••
  •• ••    ••
     ••

Quan trọng hơn, hãy đếm số electron xung quanh oxi. Nó có bốn electron từ hai liên kết và bốn electron từ hai cặp electron không liên kết:

\[ 4 + 4 = 8 \]

Oxi đã có một bát tử.

Vì vậy, không cần liên kết đôi để hoàn thành lớp hóa trị của oxi. Sai lầm của học sinh là cho rằng liên kết đôi tự động “tốt hơn” liên kết đơn. Cấu trúc Lewis không phải là một cuộc thi nhằm tối đa hóa bậc liên kết. Cách sắp xếp liên kết phải phù hợp với tổng số electron sẵn có và tạo ra sự phân bố electron hợp lí.

Đặc biệt, flo thường tạo một liên kết trong các cấu trúc Lewis đơn giản vì bảy electron hóa trị của nó khiến nó chỉ thiếu một electron để đạt bát tử.

13Sơ đồ Lewis giúp bạn suy ra điều gì tiếp theo

Cấu trúc Lewis không chỉ là hình ảnh cuối cùng của các electron. Khi biết số miền liên kết và cặp electron không liên kết quanh một nguyên tử trung tâm, bạn có thể bắt đầu dự đoán hình dạng ba chiều của phân tử.

Ví dụ, \(\ce{CO2}\) có hai miền liên kết quanh cacbon và không có cặp electron không liên kết, trong khi \(\ce{H2O}\) có hai miền liên kết và hai cặp electron không liên kết quanh oxi. Vì vậy, các cấu trúc Lewis của chúng chứa thông tin cần thiết để giải thích vì sao carbon dioxide có dạng thẳng còn nước có dạng gấp khúc.

Bước tiếp theo đó là nơi lực đẩy giữa các cặp electron và hình học phân tử biến một sơ đồ Lewis phẳng thành mô hình về hình dạng thực tế của phân tử.