Formalna formuła obciążenia, jak ją obliczyć i przykłady



The opłata formalna (CF) to ten, który jest przypisany do atomu cząsteczki lub jonu, co pozwala wyjaśnić jego struktury i właściwości chemiczne jako jego funkcję. Koncepcja ta zakłada uwzględnienie maksymalnego charakteru kowalencji w łączu A-B; to znaczy para elektronów jest dzielona równo pomiędzy A i B.

Aby zrozumieć powyższe w dolnym obrazie, pokazano dwa atomy połączone: jeden oznaczony literą A, a drugi literą B. Jak widać, w przecięciu kół powstaje połączenie z parą „:”. W tej heteronuklearnej cząsteczce, jeśli A i B mają takie same elektroujemności, para „:” pozostaje w równej odległości od A i B.

Ponieważ jednak dwa różne atomy nie mogą mieć identycznych właściwości, para „:” jest przyciągana do tej, która jest bardziej elektroujemna. W tym przypadku, jeśli A jest bardziej elektroujemny niż B, para „:” jest bliżej A niż B. Odwrotność występuje, gdy B jest bardziej elektroujemny niż A, zbliżając się teraz „:” a B.

Następnie, aby przypisać opłaty formalne zarówno do A, jak i B, należy rozważyć pierwszy przypadek (ten powyżej obrazu). Gdyby wiązanie czysto kowalencyjne A-B zostało zerwane, nastąpiłby rozpad homolityczny, generujący wolne rodniki A · i · B.

Indeks

  • 1 Korzyści jakościowe wynikające z użycia formalnego ładunku
  • 2 Formuła i jak ją obliczyć
    • 2.1 Warianty obliczeń według struktury
  • 3 Przykłady formalnych obliczeń opłat
    • 3.1 BF4- (jon tetrafluoroboranowy)
    • 3.2 BeH2 (wodorek berylu)
    • 3.3 CO (tlenek węgla)
    • 3,4 NH4 + (jon amonowy), NH3 i NH2- (jon amidowy)
  • 4 odniesienia

Jakościowe korzyści wynikające z zatrudnienia formalnego ładunku

Elektrony nie są stałe, jak w poprzednim przykładzie, ale przemieszczają się i są tracone przez atomy cząsteczki lub jonu. Jeśli jest to cząsteczka dwuatomowa, wiadomo, że para „:” musi być dzielona lub wędrować między oboma atomami; to samo dzieje się w cząsteczce typu A-B-C, ale z większą złożonością.

Jednak badając atom i zakładając stuprocentową kowalencję w jego wiązaniach, łatwiej jest ustalić, czy zyskuje on, czy traci elektrony w związku. Aby ustalić ten zysk lub stratę, musisz porównać swój poziom bazowy lub wolny status ze środowiskiem elektronicznym.

W ten sposób można przypisać ładunek dodatni (+), jeśli atom traci elektron lub ładunek ujemny (-), gdy przeciwnie, otrzymuje elektron (znaki muszą być zapisane w okręgu).

Tak więc, chociaż elektrony nie mogą być zlokalizowane dokładnie, te formalne ładunki (+) i (-) w strukturach w większości przypadków odpowiadają oczekiwanym właściwościom chemicznym.

Oznacza to, że ładunek formalny atomu jest ściśle związany z geometrią molekularną jego środowiska i jego reaktywnością w związku.

Formuła i jak ją obliczyć

Czy opłaty formalne są przypisane arbitralnie? Odpowiedź brzmi: nie. W tym celu zysk lub utrata elektronów muszą być obliczone przy założeniu czysto kowalencyjnych wiązań, a osiąga się to za pomocą następującego wzoru:

CF = (numer grupy atomów) - (liczba tworzonych łączy) - (liczba nieudzielonych elektronów)

Jeśli atom ma CF o wartości +1, przypisuje się mu ładunek dodatni (+); mając na uwadze, że jeśli posiadasz CF o wartości -1, wówczas przypisujesz ujemny ładunek (-).

Aby poprawnie obliczyć CF, należy wykonać następujące kroki:

- Zlokalizuj, w której grupie atom znajduje się w układzie okresowym.

- Policz liczbę linków, które tworzysz ze swoimi sąsiadami: podwójne linki (=) są warte dwa, a potrójne linki są warte trzy (≡).

- Na koniec policz liczbę niezdzielonych elektronów, które można łatwo zaobserwować za pomocą struktur Lewisa.

Warianty obliczeń według struktury

Biorąc pod uwagę liniową cząsteczkę A-B-C-D, opłaty formalne dla każdego atomu mogą się różnić, jeśli na przykład struktura jest teraz zapisana jako: B-C-A-D, C-A-B-D, A-C-D-B itd. 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: taka, która generalnie ma najniższe wartości CF; również ten, który przypisuje ładunki ujemne (-) do najbardziej elektroujemnych atomów.

Jeśli C i D są bardziej elektroujemne niż A i B, wówczas dzieląc więcej elektronów, w konsekwencji uzyskują dodatnie ładunki formalne (widziane z reguły mnemonicznej).

Zatem najbardziej stabilną strukturą i najbardziej korzystną energetycznie jest C-A-B-D, ponieważ w tym przypadku zarówno C, jak i B tworzą tylko jedno ogniwo. Z drugiej strony struktura A-B-C-D i te, które mają C lub B tworzące dwa wiązania (-C- lub -D-), są bardziej niestabilne.

Która ze wszystkich struktur jest najbardziej niestabilna? A-C-D-B, ponieważ nie tylko C i D tworzą dwa ogniwa, ale także ich negatywne formalne obciążenia (-) sąsiadują ze sobą, co dodatkowo destabilizuje strukturę.

Przykłady formalnych obliczeń opłat

BF4- (jon tetrafluoroboranowy)

Atom boru jest otoczony przez cztery atomy fluoru. Biorąc pod uwagę, że B należy do grupy IIIA (13), brakuje niedzielonych elektronów i tworzy cztery wiązania kowalencyjne, jego CF wynosi (3-4-0 = -1). W przeciwieństwie do F, elementu grupy VIIA (17), jego CF to (7-6-1 = 0).

Aby określić ładunek jonu lub cząsteczki, wystarczy dodać pojedyncze CF atomów, które go tworzą: (1 (-1) + 4 (0) = -1).

Jednak CF dla B nie ma prawdziwego znaczenia; to znaczy najwyższa gęstość elektroniczna nie polega na tym. W rzeczywistości ta gęstość elektronowa jest rozprowadzana do czterech atomów F, znacznie bardziej elektroujemnego elementu niż B.

BeH2 (Wodorek berylu)

Atom berylu należy do grupy IIA (2), tworzy dwa wiązania i brakuje, ponownie, niepodzielonych elektronów. Zatem CF dla Be i H to:

CFBądź= 2-2-0 = 0

CFH= 1-1-0 = 0

Załaduj BeH2= 1 (0) + 2 (0) = 0

CO (tlenek węgla)

Jego struktura Lewisa może być reprezentowana jako: C≡O: (chociaż ma inne struktury rezonansowe). Powtarzając obliczenie CF, tym razem dla C (z grupy VAT) i O (z grupy VIA), mamy:

CFC= 4-3-2 = -1

CFO= 6-3-2 = +1

Jest to przykład, w którym opłaty formalne nie odpowiadają charakterowi elementów. O jest bardziej elektroujemny niż C i dlatego nie powinien być pozytywny.

Pozostałe struktury (C = O i (+)C-O(-)), chociaż są zgodne ze spójną alokacją ładunków, nie są zgodne z regułą oktetu (C ma mniej niż osiem elektronów walencyjnych).

NH4+ (jon amonowy), NH3 i NH2- (jon amidowy)

podczas gdy więcej elektronów dzieli N, bardziej pozytywny jest jego CF (aż do jonu amonowego, ponieważ nie ma on dostępności energii do utworzenia pięciu wiązań).

Stosując również obliczenia dla N w jonie amonowym, amoniaku i jonie amiduro, mamy wtedy:

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

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

I wreszcie:

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

To znaczy w NH2- N ma cztery elektrony niepodzielone i dzieli się wszystkimi, gdy tworzy NH4+. CF dla H jest równe 0 i dlatego ich obliczenia są zapisywane.

Referencje

  1. James. (2018). Kluczowa umiejętność: Jak obliczyć formalną opłatę. Źródło: 23 maja 2018 r. Z: masterorganicchemistry.com
  2. Dr Ian Hunt. Department of Chemistry, University of Calgary. Opłaty formalne. Źródło: 23 maja 2018 r. Z: chem.ucalgary.ca
  3. Opłaty formalne. [PDF] Źródło: 23 maja 2018 r. Z: chem.ucla.edu
  4. Jeff D. Cronk. Formalna opłata. Źródło: 23 maja 2018 r. Z: guweb2.gonzaga.edu
  5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemia (8 wyd.). CENGAGE Learning, s. 268-270.
  6. Shiver i Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna (Wydanie czwarte., Strona 38). Mc Graw Hill.
  7. Monica Gonzalez (10 sierpnia 2010). Formalne ładowanie. Źródło: 23 maja 2018 r. Z: quimica.laguia2000.com