ÎNCĂRCARE FORMALĂ: FORMULĂ, CUM SĂ O CALCULĂM ȘI EXEMPLE - CHIMIE

Sarcina formală (CF) este cea care este atribuită unui atom dintr-o moleculă sau ion, care permite explicarea structurilor și proprietăților sale chimice bazate pe aceasta. Acest concept implică considerarea caracterului maxim al covalenței în legătura AB; adică, perechea de electroni este împărțită în mod egal între A și B.

Pentru a înțelege cele de mai sus, imaginea de mai jos arată doi atomi legați: unul desemnat cu litera A și celălalt cu litera B. După cum se poate vedea, în interceptarea cercurilor se formează o legătură cu perechea ":". În această moleculă heteronucleară, dacă A și B au electronegativități egale, perechea ":" rămâne echidistantă atât de la A cât și de la B.

Cu toate acestea, din moment ce doi atomi diferiți nu pot avea proprietăți identice, perechea ":" este atrasă de cel care este mai electronegativ. În acest caz, dacă A este mai electronegativ decât B, perechea „:„ este mai aproape de A decât de B. Opusul apare atunci când B este mai electronegativ decât A, care se apropie acum de „:„ la B.

Deci, pentru a aloca taxele formale atât pentru A cât și pentru B, este necesar să luăm în considerare primul caz (cel din partea de sus a imaginii). Dacă legătura pur covalentă AB s-ar rupe, s-ar produce o ruptură homolitică, generând radicalii liberi A · și · B.

Beneficiile calitative ale utilizării încărcăturii formale

Electronii nu sunt fixați, ca în exemplul precedent, ci se deplasează și se pierd prin atomii moleculei sau ionului. Dacă este o moleculă diatomică, se știe că perechea ":" trebuie împărțită sau rătăcind între ambii atomi; același lucru se întâmplă într-o moleculă de tip ABC, dar cu o complexitate mai mare.

Cu toate acestea, atunci când studiați un atom și presupuneți o covalență de sută la sută în legăturile sale, este mai ușor să stabiliți dacă câștigă sau pierde electroni în compus. Pentru a determina acest câștig sau pierdere, starea dvs. bazală sau gratuită trebuie să fie comparată cu mediul dvs. electronic.

În acest fel, este posibil să se atribuie o sarcină pozitivă (+) dacă atomul pierde un electron, sau o sarcină negativă (-) atunci când, dimpotrivă, câștigă un electron (semnele trebuie scrise în interiorul unui cerc).

Astfel, deși electronii nu pot fi localizați exact, aceste sarcini formale (+) și (-) pe structuri se conformează în majoritatea cazurilor cu proprietățile chimice preconizate.

Adică încărcătura formală a unui atom este strâns legată de geometria moleculară a mediului său și de reactivitatea acestuia în interiorul compusului.

Formula și modul de calculare a acesteia

Taxele formale sunt atribuite în mod arbitrar? Raspunsul este nu. Pentru aceasta, câștigul sau pierderea electronilor trebuie calculate presupunând legături pur covalente, iar acest lucru se realizează prin următoarea formulă:

CF = (numărul grupului atomului) - (numărul de legături pe care îl formează) - (numărul de electroni ne-partajați)

Dacă atomul are CF cu o valoare de +1, i se atribuie o sarcină pozitivă (+); întrucât dacă aveți un CF cu valoarea -1, atunci i se atribuie o sarcină negativă (-).

Pentru a calcula corect CF, trebuie urmați următorii pași:

- Localizați în ce grup se găsește atomul în tabelul periodic.

- Numărați numărul de obligațiuni pe care îl formează cu vecinii săi: legăturile duble (=) valorează două, iar legăturile triple valorează trei (≡).

- În sfârșit, numărați numărul de electroni ne-partajați, care pot fi observați cu ușurință cu structurile Lewis.

Variații de calcul în funcție de structură

Având în vedere molecula liniară ABCD, sarcinile formale pentru fiecare atom pot varia dacă structura, de exemplu, este acum scrisă ca: BCAD, CABD, ACDB etc. Acest lucru se datorează faptului că există atomi care, prin împărțirea mai multor electroni (formând mai multe legături), dobândesc CF pozitive sau negative.

Deci care dintre cele trei structuri moleculare posibile corespunde compusului ABCD? Răspunsul este: cel care are în general cele mai mici valori CF; de asemenea, cea care atribuie sarcini negative (-) celor mai electronegativi atomi.

Dacă C și D sunt mai electronegativi decât A și B, atunci prin împărțirea mai multor electroni, ele obțin, prin urmare, sarcini formale pozitive (văzute dintr-o regulă mnemonică).

Astfel, cea mai stabilă structură și cea mai favorizată din punct de vedere energetic este CABD, întrucât atât C cât și B formează o singură legătură. Pe de altă parte, structura ABCD și cele care au C sau B formând două legături (–C– sau –D–), sunt mai instabile.

Care dintre toate structurile este cea mai instabilă? ACDB, deoarece nu numai C și D formează două legături, dar și sarcinile lor negative formale (-) sunt adiacente între ele, destabilizând în continuare structura.

Exemple de calcul formale de sarcină

BF

Atomul de bor este înconjurat de patru atomi de fluor. Deoarece B aparține grupului IIIA (13), îi lipsește electroni neîncărcați și formează patru legături covalente, CF-ul său este (3-4-0 = -1). Pe de altă parte, pentru F, un element al grupului VIIA (17), CF-ul său este (7-6-1 = 0).

Pentru a determina încărcarea ionului sau a moleculei, este suficient să adăugăm CF-ul individual al atomilor care îl compun: (1 (-1) + 4 (0) = -1).

Cu toate acestea, CF pentru B nu are niciun sens real; adică cea mai mare densitate de electroni nu se află pe ea. În realitate, această densitate de electroni este distribuită către cei patru atomi de F, un element mult mai electronegativ decât B.

BEH

Atomul de beriliu aparține grupului IIA (2), formează două legături și lipsește, din nou, electroni nehariți. Astfel, CF-urile pentru Be și H sunt:

CF _Be = 2-2-0 = 0

CF _H = 1-1-0 = 0

Sarcina BeH ₂ = 1 (0) + 2 (0) = 0

CO (monoxid de carbon)

Structura sa Lewis poate fi reprezentată ca: C≡O: (deși are alte structuri de rezonanță). Repetând calculul CF, de această dată pentru C (din grupul IVA) și O (din grupul VIA), avem:

CF _C = 4-3-2 = -1

CF _O = 6-3-2 = +1

Acesta este un exemplu în care taxele formale nu sunt conforme cu natura elementelor. O este mai electronegativ decât C și, prin urmare, nu ar trebui să poarte pozitiv.

Celelalte structuri (C = O și ⁽⁺⁾ CO ^(-) ), deși respectă alocarea coerentă a sarcinilor, nu respectă regula octetului (C are mai puțin de opt electroni de valență).

NH

cu cât sunt mai mulți electroni N, cu atât CF este mai pozitiv (chiar și ionul de amoniu, deoarece nu are disponibilitate energetică pentru a forma cinci legături).

În egală măsură aplicând calculele pentru N în ionul de amoniu, amoniac și amidă, avem atunci:

CF = 5-4-0 = +1 (NH ₄⁺ )

CF = 5-3-2 = 0 (NH ₃ )

Și, în sfârșit:

CF = 5-2-4 = -1 (NH ₂^- )

Aceasta este, în NH ₂^- N are patru electroni nepuse, și împărtășește toate acestea , atunci când aceasta face NH ₄⁺ . CF pentru H este egal cu 0 și, prin urmare, calculul dvs. este salvat.

Referințe

James. (2018). O abilitate cheie: Cum să calculăm sarcina formală. Preluat pe 23 mai 2018, de pe: masterorganicchemistry.com
Dr. Ian Hunt. Departamentul de Chimie, Universitatea din Calgary. Taxe formale. Preluat pe 23 mai 2018, de la: chem.ucalgary.ca
Taxe formale. . Preluat pe 23 mai 2018, de la: chem.ucla.edu
Jeff D. Cronk. Taxă formală. Preluat pe 23 mai 2018, de pe: guweb2.gonzaga.edu
Whitten, Davis, Peck și Stanley. Chimie. (Ediția a VIII-a). CENGAGE Learning, p. 268-270.
Shiver & Atkins. (2008). Chimie anorganică. (Ediția a patra., P. 38). Mc Graw Hill.
Monica Gonzalez. (10 august 2010). Taxă formală. Preluat pe 23 mai 2018, de pe: quimica.laguia2000.com

ÎNCĂRCARE FORMALĂ: FORMULĂ, CUM SĂ O CALCULĂM ȘI EXEMPLE - CHIMIE - 2025