ФОРМАЛЬНА ЗАРЯДКА: ФОРМУЛА, ЯК ЇЇ ОБЧИСЛИТИ ТА ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

Формальний заряд (CF) є той , який призначається до атому молекули або іона, що дозволяє пояснити його структуру і хімічні властивості на його основі. Ця концепція передбачає врахування максимального характеру ковалентності у зв’язку AB; тобто пара електронів поділяється порівну між A і B.

Щоб зрозуміти вищесказане, на зображенні нижче показані два зв'язані атоми: один позначений буквою А, а другий буквою В. Як видно, у перехопленні кіл зв’язок утворюється з парою ":". У цій гетероядерній молекулі, якщо A і B мають однакові електронегативи, пара ":" залишається рівновіддаленою як від A, так і від B.

Однак, оскільки два різних атоми не можуть мати однакових властивостей, пара ":" притягується до тієї, що має більше негативу. У цьому випадку, якщо A більше електронегативний, ніж B, пара ":" ближче до A, ніж до B. Навпаки відбувається, коли B є більш електронегативним, ніж A, тепер наближається ":" до B.

Отже, для присвоєння формальних зарядів і А, і В, необхідно розглянути перший випадок (той, що знаходиться вгорі зображення). Якщо розірвати чисто ковалентний зв’язок AB, то відбудеться гомолітичний розрив, генеруючи вільні радикали A · і · B.

Якісні переваги використання формальних вантажів

Електрони не закріплені, як у попередньому прикладі, а рухаються і втрачаються через атоми молекули чи іона. Якщо це діатомічна молекула, відомо, що пара ":" повинна розділятися або бродити між обома атомами; те ж саме відбувається в молекулі типу ABC, але з більшою складністю.

Однак, вивчаючи атом і припускаючи стовідсоткове ковалентність у його зв’язках, простіше встановити, набуває він чи втрачає електрони в складі сполуки. Щоб визначити цей прибуток або збиток, ваш базовий або вільний стан необхідно порівняти з вашим електронним середовищем.

Таким чином, можна призначити позитивний заряд (+), якщо атом втрачає електрон, або негативний заряд (-), коли, навпаки, він набирає електрон (знаки повинні бути записані всередині кола).

Таким чином, хоча електрони не можуть бути точно розташовані, ці формальні (+) та (-) заряди на структурах у більшості випадків відповідають очікуваним хімічним властивостям.

Тобто формальний заряд атома тісно пов'язаний з молекулярною геометрією його середовища та його реакційною здатністю всередині сполуки.

Формула і як її обчислити

Чи формальні звинувачення призначаються довільно? Відповідь - ні. Для цього коефіцієнт посилення або втрати електронів повинен бути розрахований, приймаючи чисто ковалентні зв'язки, і це досягається за допомогою наступної формули:

CF = (груповий номер атома) - (кількість зв’язків, які він утворює) - (кількість нерозділених електронів)

Якщо атом має CF зі значенням +1, йому присвоюється позитивний заряд (+); тоді як якщо у вас CF із значенням -1, то йому відводиться негативний заряд (-).

Для правильного обчислення КФ необхідно дотримуватися наступних кроків:

- Знайдіть, у якій групі атом знаходиться в періодичній таблиці.

- Порахуйте кількість облігацій, які він утворює, з сусідами: подвійні облігації (=) варті двох, а потрійні облігації - три (≡).

- Нарешті, підрахуйте кількість нерозділених електронів, які легко спостерігати за структурами Льюїса.

Варіації розрахунку відповідно до структури

Враховуючи лінійну молекулу ABCD, формальні заряди для кожного атома можуть змінюватися, якщо структура, наприклад, зараз записується як: BCAD, CABD, ACDB тощо. Це тому, що є атоми, які, поділяючи більше електронів (утворюючи більше зв’язків), набувають позитивних чи негативних CF.

Отже, яка з трьох можливих молекулярних структур відповідає сполуці ABCD? Відповідь: той, який, як правило, має найнижчі значення CF; аналогічно тому, який присвоює негативні заряди (-) найбільш електронегативним атомам.

Якщо C і D є більш електронегативними, ніж A і B, то, поділяючи більше електронів, вони, отже, набувають позитивних формальних зарядів (видно з мнемонічного правила).

Таким чином, найбільш стабільною структурою і найбільш енергетично сприятливою є CABD, оскільки в цьому і С, і В утворюють лише один зв’язок. З іншого боку, структура ABCD і ті, у яких C або B утворюють два зв’язки (–C– або –D–), є більш нестабільними.

Яка з усіх структур є найбільш нестійкою? ACDB, оскільки не тільки C і D утворюють два зв’язки, але і їх формальні негативні заряди (-) сусідять один з одним, ще більше дестабілізуючи структуру.

Приклади формальних розрахунків навантаження

BF

Атом бору оточений чотирма атомами фтору. Оскільки B належить до групи IIIA (13), йому не вистачає неділених електронів і утворює чотири ковалентні зв’язки, його CF становить (3-4-0 = -1). З іншого боку, для F - елемента групи VIIA (17), його CF дорівнює (7-6-1 = 0).

Щоб визначити заряд іона або молекули, достатньо додати окремий CF атомів, що його складають: (1 (-1) + 4 (0) = -1).

Однак КЗ для B не має реального значення; тобто найвища щільність електронів на ньому не знаходиться. Насправді ця електронна щільність розподілена у бік чотирьох атомів F - елемента, набагато більш електронегативного, ніж B.

BeH

Атом берилію належить до групи IIA (2), утворює два зв’язки і не вистачає, знову ж таки, нерозчленованих електронів. Таким чином, CF для Be і H є:

CF _Be = 2-2-0 = 0

CF _H = 1-1-0 = 0

Завантажте BeH ₂ = 1 (0) + 2 (0) = 0

CO (чадний газ)

Її структура Льюїса може бути представлена ​​у вигляді: C≡O: (хоча має й інші резонансні структури). Повторюючи розрахунок CF, на цей раз для C (групи IVA) та O (групи VIA), ми маємо:

CF _C = 4-3-2 = -1

CF _O = 6-3-2 = +1

Це приклад, коли формальні заряди не відповідають природі елементів. О є електронегативнішим, ніж С, і тому не повинен носити позитиву.

Інші структури (C = O і ⁽⁺⁾ CO ^(-) ), хоча і відповідають узгодженому призначенню зарядів, порушують правило октету (C має менше восьми валентних електронів).

NH

чим більше ділять електронів N, тим позитивнішим є його CF (навіть іон амонію, оскільки він не має енергетичної доступності для утворення п'яти зв’язків).

Рівно застосовуючи обчислення N для іона амонію, аміаку та аміду, ми тоді:

CF = 5-4-0 = +1 (NH ₄ ⁺ )

CF = 5-3-2 = 0 (NH ₃ )

І, нарешті:

CF = 5-2-4 = -1 (NH ₂ ^- )

Тобто, у NH ₂ ^- N є чотири нерозділених електрона, і він ділиться всіма ними, коли утворює NH ₄ ⁺ . CF для H дорівнює 0, і тому ваш розрахунок зберігається.

Список літератури

1. Джеймс. (2018). Ключова навичка: як розрахувати формальну плату. Отримано 23 травня 2018 року з: masterorganicchemistry.com
2. Доктор Іан Хант. Кафедра хімії, Університет Калгарі. Офіційні збори. Отримано 23 травня 2018 року з: chem.ucalgary.ca
3. Офіційні збори. . Отримано 23 травня 2018 року з: chem.ucla.edu
4. Джефф Д. Кронк. Офіційна зарядка. Отримано 23 травня 2018 року з: guweb2.gonzaga.edu
5. Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. Хімія. (8-е видання). CENGAGE Learning, p 268-270.
6. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. (Четверте видання., С. 38). Mc Graw Hill.
7. Моніка Гонсалес. (10 серпня 2010 р.). Офіційна зарядка. Отримано 23 травня 2018 року з: quimica.laguia2000.com