Obciążenie formalne

Jaki jest obciążenie formalne?

Obciążenie formalne (CF) to taki, który jest przypisany do atomu cząsteczki lub jonu, co pozwala wyjaśnić jej struktury i właściwości chemiczne w zależności od tego. Ta koncepcja implikuje uwzględnienie maksymalnego charakteru kowaaleności w łączu A-B; Oznacza to, że para elektronów jest dzielona w równym stopniu między A i B.

Aby zrozumieć powyższe na dolnym obrazie Dwa połączone atomy: jeden oznaczony literą A, a drugi z literą B. Jak widać, w przechwytywaniu kręgów powstaje powiązanie z parą „:”. W tej heteronuklearnej cząsteczce, jeśli A i B mają równe elektroonegatywowości, moment ”:„ pozostaje w równym stopniu zarówno A, jak i B.

Jednak biorąc pod uwagę, że dwa różne atomy nie mogą mieć identycznych właściwości, para „:” jest przyciągana, do której jest bardziej elektroongeneracyjny. W takim przypadku, jeśli A jest bardziej elektroongeneracyjne niż B, para „:” jest bliżej b. Odwrotnie występuje, gdy B jest bardziej elektroongenacyjne niż A, teraz zbliża się „:„ A B.

Następnie, aby przypisać formalne opłaty zarówno A, jak i B, należy rozważyć pierwszy przypadek (ten powyżej obrazu). Gdyby czysto kowalencyjny link A-B, wystąpiłby homolityczne rozpad, generując wolne rodniki A · i · B.

Jakościowe korzyści z korzystania z obciążenia formalnego

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

Jednak gdy badany jest atom i zakłada stu procent kowalencji w swoich powiązaniach, łatwiej jest ustalić, czy w ramach związku wygrywa lub traci elektrony. Aby ustalić ten zysk lub stratę, twoje podstawowe lub wolne stan należy porównać do środowiska elektronicznego.

W ten sposób można przypisać obciążenie dodatnie (+), jeżeli atom straci elektron lub obciążenie ujemne (-), gdy wręcz przeciwnie, elektron wygrywa (znaki muszą być zapisane wewnątrz okręgu).

Zatem, chociaż elektrony nie mogą być dokładnie zlokalizowane, te obciążenia formalne (+) i (-) w strukturach są dostosowywane w większości przypadków do oczekiwanych właściwości chemicznych.

Oznacza to, że formalne obciążenie atomu jest ściśle związane z geometrią molekularną jego środowiska i reaktywnością w związku.

Formuła i jak to obliczyć

Czy obciążenia formalne arbitralnie przypisane? Odpowiedź brzmi nie. W tym celu należy obliczyć wzmocnienie lub utratę elektronów, zakładając czysto kowalencyjne wiązania, co osiąga się poprzez następujący wzór:

Cf = (numer grupy atomowej) - (liczba łączy kształtu) - (liczba rozpakowanych elektronów)

Jeśli atom ma CF o wartości +1, przypisane jest obciążenie dodatnie ( +); Podczas gdy masz CF o wartości -1, przypisuje się to obciążenie ujemne ( -).

Aby poprawnie obliczyć CF, kroki należy wykonać poniżej:

• Zlokalizuj, która grupa jest atomem w tabeli okresowej.
• Policz liczbę linków, które tworzą się z ich sąsiadami: podwójne łącza (=) są warte dwa, a linki potrójne są warte trzy (≡).
• Wreszcie, liczenie liczby elektronów nie udostępnionych, które można łatwo zaobserwować za pomocą struktur Lewisa.

Zmiany obliczeniowe zgodnie ze strukturą

Biorąc pod uwagę liniową cząsteczkę A-B-C-D, obciążenia formalne dla każdego atomu mogą się zmieniać, jeśli na przykład struktura jest teraz zapisana jako: B-C-A-D, C-A-B-D, A-C-D-B itp. Jest tak, ponieważ istnieją atomy, które dzieląc więcej elektronów (tworzą więcej wiązań), nabywają dodatnie lub ujemne CF.

Więc która z trzech możliwych struktur molekularnych odpowiada związku ABCD? Odpowiedź brzmi: ta, która ogólnie posiada najniższe wartości CF; Również ten, który przypisuje obciążenia ujemne (-) do najbardziej elektroonywnych atomów.

Jeśli C i D są bardziej elektroongenacyjne niż A i B, to poprzez dzielenie się większą liczbą elektronów, w konsekwencji nabywają dodatnie obciążenia formalne (widoczne z reguły mnemonicznej).

Zatem najbardziej stabilna struktura i najbardziej faworyzowana energia to C-a-B-d, ponieważ zarówno w C, jak i B tworzą tylko jeden ogniwo. Z drugiej strony struktura A-B-C-D i te, które mają C lub B, tworzące dwa łącza (-C- lub -d-), są bardziej niestabilne.

Który ze wszystkich struktur jest najbardziej niestabilny? A-C-D-B, ponieważ nie tylko C i D tworzą dwa łącza, ale także ich ujemne obciążenia formalne (-) sąsiadują ze sobą, dodatkowo destabilizując strukturę.

Przykłady formalnych obliczeń obciążenia

Bf₄^- (Jon tetrafluoroborato)

Atom boru jest otoczony czterema atomami fluorowymi. Ponieważ B należy do grupy IIIA (13) nie ma wspólnych elektronów i tworzy cztery wiązania kowalencyjne, jego CF wynosi (3-4-0 = -1). Zamiast tego dla F, element grupy VIIA (17), jej CF wynosi (7-6-1 = 0).

Aby określić obciążenie 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 jest, że nie ma największej gęstości elektronicznej. W rzeczywistości ta gęstość elektroniczna jest rozmieszczona do czterech atomów F, znacznie więcej elementu elektroonegatywnego niż B.

Beh₂ (wodorek berylu)

Atom berylu należy do grupy IIA (2), tworzy dwa linki i znów brakuje elektronów. Zatem CF dla BE i H są:

Por_Być= 2-2-0 = 0

Por_H= 1-1-0 = 0

ZAMÓWIENIE₂= 1 (0) + 2 (0) = 0

CO (tlenek węgla)

Jego strukturę Lewisa może być reprezentowana jako: C≡O: (chociaż przedstawia inne struktury rezonansowe). Powtarzając obliczenia CF, tym razem dla C (grupy VAT) i O (grupy VIA), masz:

Por_C= 4-3-2 = -1

Por_ALBO= 6-3-2 = +1

Jest to przykład, w którym formalne opłaty nie pasują do natury elementów. Lub jest bardziej elektroonywacyjne niż C, a zatem nie powinien nosić dodatniego.

Inne struktury (C = O i ⁽⁺WSPÓŁ^(-)), chociaż są one zgodne z spójną alokacją obciążeń, nie są one zgodne z zasadą oktetu (C ma mniej niż osiem elektronów Walencji).

NH₄⁺ (jon amonium), NH₃ i NH₂^- (Amiduro ion)

Im więcej elektronów dzieli N, tym bardziej dodatni jego CF (do jonu amonu, ponieważ nie ma ono dostępności energii do utworzenia pięciu wiązań).

Stosując również obliczenia dla amonu N, amoniaku i jonu Amiduro, mają następnie:

CF = 5-4-0 = +1 (NH₄⁺)

CF = 5-3-2 = 0 (NH₃)

I w końcu:

CF = 5-2-4 = -1 (NH₂^-)

To znaczy w NH₂^- N ma cztery nie udostępniane elektrony i dzieli wszystkie, gdy tworzy NH₄⁺. CF dla H jest równe 0, a zatem twoje obliczenia są zapisywane.