Формальну формулу навантаження, як обчислити її і приклади



The формального звинувачення (CF) - це те, що присвоюється атому молекули або іона, що дозволяє пояснити його структури і хімічні властивості як функцію від нього. Ця концепція передбачає розгляд максимального характеру ковалентності в ланці A-B; тобто, пара електронів розподіляється порівну між A і B.

Щоб зрозуміти вищезгадане на нижньому зображенні, показано два пов'язаних атома: один позначений літерою A, а другий - літеру B. Як видно, у переходах кіл утворюється зв'язок з парою ":". У цій гетероядерній молекулі, якщо A і B мають однакові електронегативності, пара ":" залишається рівновіддаленою як A, так і B.

Однак, оскільки два різних атома не можуть мати однакових властивостей, пара ":" притягується до тієї, яка є більш електронегативною. У цьому випадку, якщо A є більш електронегативним, ніж B, пара ":" ближче до A, ніж до B. Протилежне відбувається, коли B є більш електронегативним, ніж A, наближаючись зараз ":" a B.

Потім, щоб привласнити формальний заряд обом А і В, необхідно розглянути перший випадок (той, що знаходиться над зображенням). Якби було зламано чисто ковалентний зв'язок A-B, то відбудеться гомолітичний пробій, генеруючи вільні радикали A · і · B.

Індекс

  • 1 Якісні переваги використання формальних вантажів
  • 2 Формула і спосіб її обчислення
    • 2.1 Варіації розрахунку за структурою
  • 3 Приклади формальних розрахунків заряду
    • 3.1 BF4- (тетрафторборат-іон)
    • 3.2 BeH2 (берилієвий гідрид)
    • 3,3 CO (монооксид вуглецю)
    • 3,4 NH4 + (іон амонію), NH3 і NH2- (амідний іон)
  • 4 Посилання

Якісні переваги використання офіційних вантажів

Електрони не фіксовані, як у попередньому прикладі, але вони подорожують і втрачаються атомами молекули або іона. Якщо це двоатомна молекула, то відомо, що пара ":" повинна бути спільною або блукати між обома атомами; те ж саме відбувається в молекулі типу А-В-С, але з більшою складністю.

Проте, вивчаючи атом і припускаючи стовідсоткову ковалентність в її зв'язках, легше встановити, чи він отримує або втрачає електрони всередині сполуки. Щоб визначити цей прибуток або збиток, необхідно порівняти ваш базовий або вільний стан з вашим електронним середовищем.

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

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

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

Формула і як її обчислити

Чи призначаються офіційні звинувачення довільно? Відповідь: ні. Для цього необхідно підрахувати коефіцієнт посилення або втрати електронів, вважаючи чисто ковалентні зв'язки, і це досягається за допомогою наступної формули:

CF = (номер групи атомів) - (кількість посилань, які він формує) - (кількість електронів не є загальним)

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

Щоб правильно розрахувати CF, слід виконати наступні кроки:

- Знайдіть в якій групі атом знаходиться в періодичній таблиці.

- Підрахуйте кількість посилань, які ви створюєте, з вашими сусідами: подвійні посилання (=) коштують два, а потрійні посилання - три (≡).

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

Варіації розрахунку за структурою

Враховуючи лінійну молекулу A-B-C-D, формальні заряди для кожного атома можуть змінюватися, якщо структура, наприклад, тепер записана як: B-C-A-D, C-A-B-D, A-C-D-B і т.д. Це відбувається тому, що є атоми, які, ділячи більше електронів (утворюючи більше зв'язків), набувають позитивний або негативний CF.

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

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

Таким чином, найбільш стійкою структурою, і найбільш енергоємною, є C-A-B-D, оскільки в цьому випадку і C, і B утворюють тільки одну ланку. З іншого боку, структура A-B-C-D і ті, які мають C або B, утворюють дві зв'язки (-C- або -D-), є більш нестійкими.

Яка з усіх структур є найбільш нестабільною? A-C-D-B, оскільки не тільки C і D утворюють дві ланки, але й їхні негативні формальні заряди (-) примикають один до одного, що ще більше дестабілізує структуру.

Приклади формальних розрахунків заряду

BF4- (тетрафторборат-іон)

Атом бору оточений чотирма атомами фтору. Враховуючи, що B належить до групи IIIA (13), не вистачає нерозподілених електронів і утворює чотири ковалентні зв'язки, її CF (3-4-0 = -1). На відміну від F, елемента групи VIIA (17), його CF (7-6-1 = 0).

Для визначення заряду іона або молекули достатньо додати окремі CF атомів, які його складають: (1 (-1) + 4 (0) = -1).

Однак CF для B не має реального значення; тобто найвища електронна щільність не знаходиться на цьому. Насправді, ця електронна щільність розподілена між чотирма атомами F, набагато більш електронегативним елементом, ніж B.

BeH2 (Гідрид берилію)

Атом берилію належить до групи IIA (2), утворює два зв'язки і відсутній, знову ж таки, нерозподілені електрони. Таким чином, CF для Be та H є:

CFБудьте= 2-2-0 = 0

CFH= 1-1-0 = 0

Завантажити BeH2= 1 (0) + 2 (0) = 0

CO (монооксид вуглецю)

Її структура Льюїса може бути представлена ​​як: C :O: (хоча вона має інші резонансні структури). Повторюючи розрахунок CF, цього разу для С (з групи ПДВ) і О (з групи VIA), ми маємо:

CFC= 4-3-2 = -1

CFO= 6-3-2 = +1

Це є прикладом, коли формальні збори не відповідають характеру елементів. О є більш електронегативним, ніж С і, отже, не повинно мати позитивного.

Інші структури (C = O і (+)C-O(-)), хоча вони відповідають узгодженому розподілу зарядів, вони не відповідають правилу октету (C має менше восьми валентних електронів).

NH4+ (іон амонію), NH3 і NH2- (амідний іон)

в той час як більше електронів поділяють N, більш позитивним є його CF (аж до іона амонію, оскільки він не має енергії для формування п'яти зв'язків).

Застосовуючи також розрахунки для N у іоні амонію, аміаку та амідурону, ми маємо:

CF = 5-4-0 = +1 (NH4+)

CF = 5-3-2 = 0 (NH3)

І нарешті:

CF = 5-2-4 = -1 (NH2-)

Тобто в NH2- N має чотири електрони, які не розділяються, і поділяє всі, коли він утворює NH4+. CF для H дорівнює 0 і, отже, їх розрахунок зберігається.

Список літератури

  1. Джеймс. (2018). Ключові навички: як розрахувати формальний заряд. Отримано 23 травня 2018 року з: masterorganicchemistry.com
  2. Доктор Ян Хант. Хімічний факультет Університету Калгарі. Формальні витрати. Отримано 23 травня 2018 року з: chem.ucalgary.ca
  3. Формальні витрати. [PDF] Отримано 23 травня 2018 р. З: chem.ucla.edu
  4. Джефф Д. Кронк. Формальний заряд. Отримано 23 травня 2018 року, з: guweb2.gonzaga.edu
  5. Уіттен, Девіс, Пек і Стенлі. Хімія (8-е изд.). CENGAGE Learning, с. 268-270.
  6. Shiver & Atkins. (2008). Неорганічна хімія (Четверте видання., Стор. 38). Mc Graw Hill.
  7. Моніка Гонсалес (10 серпня 2010 р.) Формальне завантаження. Отримано 23 травня 2018 року з: quimica.laguia2000.com