- Jakościowe korzyści wynikające ze stosowania ładunków formalnych
- Formuła i jak to obliczyć
- Odchylenia obliczeń w zależności od konstrukcji
- Przykłady formalnych obliczeń obciążenia
- BF
- BeH
- CO (tlenek węgla)
- NH
- Bibliografia
Formalny ładunek (CF) jest jednym, który jest przypisany do atomu cząsteczki lub jony, co pozwala na wyjaśnienie jego struktury i właściwości chemicznych opartych na nim. Koncepcja ta implikuje rozważenie maksymalnego charakteru kowalencji w wiązaniu AB; to znaczy, para elektronów jest dzielona równo między A i B.
Aby zrozumieć powyższe, poniższy obraz przedstawia dwa połączone ze sobą atomy: jeden oznaczony literą A, a drugi literą B. Jak widać, w przecięciu okręgów tworzy się wiązanie z parą „:”. W tej heterojądrowej cząsteczce, jeśli A i B mają równe elektroujemności, para „:” pozostaje w równej odległości od A i B.
Ponieważ jednak dwa różne atomy nie mogą mieć identycznych właściwości, para „:” jest przyciągana przez ten, który jest bardziej elektroujemny. W tym przypadku, jeśli A jest bardziej elektroujemne niż B, para „:” jest bliżej A niż B. Odwrotna sytuacja zachodzi, gdy B jest bardziej elektroujemny niż A, zbliżając się teraz do „:” do B.
Aby więc przypisać formalne zarzuty zarówno A, jak i B, należy wziąć pod uwagę pierwszy przypadek (ten u góry obrazu). Jeśli czysto kowalencyjne wiązanie AB miałoby się zerwać, nastąpiłby homolityczny rozerwanie, generując wolne rodniki A · i · B.
Jakościowe korzyści wynikające ze stosowania ładunków formalnych
Elektrony nie są unieruchomione, jak w poprzednim przykładzie, ale podróżują i są tracone przez atomy cząsteczki lub jonu. Jeśli jest to cząsteczka dwuatomowa, wiadomo, że para „:” musi być dzielona lub wędrować między obydwoma atomami; to samo dzieje się w cząsteczce typu ABC, ale z większą złożonością.
Jednak badając atom i przyjmując stuprocentową kowalencję w jego wiązaniach, łatwiej jest ustalić, czy zyskuje, czy traci elektrony w związku. Aby określić ten zysk lub stratę, twój stan podstawowy lub wolny należy porównać ze środowiskiem elektronicznym.
W ten sposób można przypisać ładunek dodatni (+), jeśli atom straci elektron lub ładunek ujemny (-), gdy przeciwnie, zyska elektron (znaki muszą być wpisane wewnątrz koła).
Tak więc, chociaż elektronów nie można dokładnie zlokalizować, te formalne (+) i (-) ładunki na strukturach są w większości przypadków zgodne z oczekiwanymi właściwościami chemicznymi.
Oznacza to, że ładunek formalny atomu jest ściśle powiązany z geometrią molekularną jego środowiska i reaktywnością w związku.
Formuła i jak to obliczyć
Czy opłaty formalne są przypisywane arbitralnie? Odpowiedź brzmi nie. W tym celu zysk lub utratę elektronów należy obliczyć zakładając czysto kowalencyjne wiązania, a osiąga się to za pomocą następującego wzoru:
CF = (numer grupy atomu) - (liczba wiązań, które tworzy) - (liczba niewspółdzielonych elektronów)
Jeśli atom ma CF o wartości +1, przypisywany jest mu ładunek dodatni (+); podczas gdy jeśli masz CF o wartości -1, to jest mu przypisywany ładunek ujemny (-).
Aby poprawnie obliczyć CF, należy wykonać następujące kroki:
- Zlokalizuj w której grupie atom znajduje się w układzie okresowym.
- Policz liczbę wiązań, które tworzy z sąsiadami: podwójne wiązania (=) są warte dwa, a potrójne - trzy (≡).
- Na koniec policz liczbę niewspółdzielonych elektronów, które można łatwo zaobserwować za pomocą struktur Lewisa.
Odchylenia obliczeń w zależności od konstrukcji
Biorąc pod uwagę liniową cząsteczkę ABCD, formalne ładunki dla każdego atomu mogą się różnić, jeśli na przykład struktura jest teraz zapisana jako: BCAD, CABD, ACDB itp. Dzieje się tak, ponieważ istnieją atomy, które dzieląc więcej elektronów (tworząc więcej wiązań), uzyskują dodatnie lub ujemne CF.
Więc która z trzech możliwych struktur molekularnych odpowiada związkowi ABCD? Odpowiedź brzmi: ten, który ma generalnie najniższe wartości CF; podobnie ten, który przypisuje ujemne ładunki (-) do najbardziej elektroujemnych atomów.
Jeśli C i D są bardziej elektroujemne niż A i B, to współdzieląc więcej elektronów, w konsekwencji uzyskują dodatnie ładunki formalne (widziane z reguły mnemonicznej).
Zatem najbardziej stabilną strukturą i najbardziej preferowaną energetycznie jest CABD, ponieważ w niej zarówno C, jak i B tworzą tylko jedno wiązanie. Z drugiej strony struktura ABCD i te, w których C lub B tworzą dwa wiązania (–C– lub –D–), są bardziej niestabilne.
Która ze wszystkich struktur jest najbardziej niestabilna? ACDB, ponieważ nie tylko C i D tworzą dwa wiązania, ale także ich formalne ładunki ujemne (-) sąsiadują ze sobą, dodatkowo destabilizując strukturę.
Przykłady formalnych obliczeń obciążenia
BF
Atom boru otoczony jest czterema atomami fluoru. Ponieważ B należy do grupy IIIA (13), brakuje mu niewspółdzielonych elektronów i tworzy cztery wiązania kowalencyjne, jego CF wynosi (3-4-0 = -1). Z drugiej strony dla F, elementu z grupy VIIA (17), jego CF wynosi (7-6-1 = 0).
Aby określić ładunek jonu lub cząsteczki, wystarczy dodać poszczególne CF atomów, które go tworzą: (1 (-1) + 4 (0) = -1).
Jednak CF dla B nie ma prawdziwego znaczenia; to znaczy, że nie występuje na nim najwyższa gęstość elektronów. W rzeczywistości ta gęstość elektronów jest rozłożona na cztery atomy F, pierwiastek znacznie bardziej elektroujemny niż B.
BeH
Atom berylu należy do grupy IIA (2), tworzy dwa wiązania i znowu brakuje mu niewspółdzielonych elektronów. Zatem CF dla Be i H to:
CF Be = 2-2-0 = 0
CF H = 1-1-0 = 0
Załaduj BeH 2 = 1 (0) + 2 (0) = 0
CO (tlenek węgla)
Jego strukturę Lewisa można przedstawić jako: C≡O: (chociaż ma inne struktury rezonansowe). Powtarzając obliczenia CF, tym razem dla C (z grupy IVA) i O (z grupy VIA), otrzymujemy:
CF C = 4-3-2 = -1
CF O = 6-3-2 = +1
To jest przykład, w którym formalne opłaty nie są zgodne z naturą elementów. O jest bardziej elektroujemna niż C i dlatego nie powinna być dodatnia.
Pozostałe struktury (C = O i (+) CO (-) ), mimo że są zgodne ze spójnym przypisaniem ładunków, nie są zgodne z regułą oktetu (C ma mniej niż osiem elektronów walencyjnych).
NH
im więcej elektronów ma udział N, tym bardziej dodatni jest jego CF (nawet jon amonowy, ponieważ nie ma on energii potrzebnej do utworzenia pięciu wiązań).
Stosując jednakowo obliczenia dla N w jonie amonowym, amoniaku i jonie amidowym, otrzymujemy:
CF = 5-4-0 = +1 (NH 4 + )
CF = 5-3-2 = 0 (NH 3 )
I w końcu:
CF = 5-2-4 = -1 (NH 2 - )
Oznacza to, że w NH 2 - N ma cztery nieudzielone elektrony i dzieli je wszystkie, gdy tworzy NH 4 + . CF dla H jest równe 0 i dlatego Twoje obliczenia są zapisywane.
Bibliografia
- James. (2018). Kluczowa umiejętność: jak obliczyć opłatę formalną. Pobrane 23 maja 2018 r. Z: masterorganicchemistry.com
- Dr Ian Hunt. Wydział Chemii Uniwersytetu Calgary. Opłaty formalne. Pobrane 23 maja 2018 z: chem.ucalgary.ca
- Opłaty formalne. . Pobrane 23 maja 2018 z: chem.ucla.edu
- Jeff D. Cronk. Opłata formalna. Pobrane 23 maja 2018 r.Z: guweb2.gonzaga.edu
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemia. (8th ed.). CENGAGE Learning, s. 268–270.
- Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Wydanie czwarte, str. 38). Mc Graw Hill.
- Monica Gonzalez. (10 sierpnia 2010). Opłata formalna. Pobrane 23 maja 2018 r. Z: quimica.laguia2000.com