Formell belastning: Formel, Hvordan beregne og Eksempler
Den formelle ladningen (CF) er den som er tilordnet et atom i et molekyl eller en ion, noe som gjør det mulig å forklare dets strukturer og kjemiske egenskaper, avhengig av det. Dette konseptet innebærer hensynet til maksimal karakter av kovalens i AB-lenken; det vil si at paret elektroner deles like mellom A og B.
For å forstå det ovennevnte i det nedre bildet vises to atomer koblet til: en som er angitt med bokstaven A og den andre med bokstaven B. Som det kan ses, blir i koblingen av kretsene en forbindelse dannet med paret ":". I denne heteronukleære molekylen, hvis A og B har de samme elektronegativiteter, forblir paret ":" likeverdig mot både A og B.
Men siden to forskjellige atomer ikke kan ha identiske egenskaper, er paret ":" tiltrukket av det som er mer electronegative. I dette tilfellet, hvis A er mer elektronegativ enn B, er paret ":" nærmere A enn til B. Det motsatte skjer når B er mer elektronegativ enn A, nærmer seg nå ":" til B.
Da, for å tildele de formelle kostnadene til både A og B, er det nødvendig å vurdere det første tilfellet (det ene over bildet). Hvis den rene kovalente AB-bindingen brytes ned, opptrer en homolytisk pause, og genererer de frie radikalerne A · og · B.
Kvalitative fordeler ved ansettelse av formell last
Elektronene er ikke løst, som i forrige eksempel, men de reiser og går tapt av atomene i molekylet eller ionet. Hvis det er et diatomisk molekyl, er det kjent at paret ":" må deles eller vandre mellom begge atomer; det samme skjer i et molekyl av ABC-typen, men med større kompleksitet.
Men ved å studere et atom og antar et hundre prosent kovalens i sine bindinger, er det lettere å fastslå om det vinster eller taper elektroner i forbindelsen. For å bestemme denne gevinsten eller tapet, må din baseline eller gratis status sammenlignes med ditt elektroniske miljø.
På denne måten er det mulig å tilordne en positiv ladning (+) hvis atomet mister en elektron eller en negativ ladning (-) når den tvert imot får en elektron (tegnene skal skrives i en sirkel).
Selv om elektronene ikke kan plasseres nøyaktig, blir disse formelle ladningene (+) og (-) således i de fleste tilfeller justert til de forventede kjemiske egenskapene.
Det vil si at den formelle ladningen av et atom er nært knyttet til molekylær geometri i omgivelsene og dens reaktivitet i forbindelsen.
Formel og hvordan å beregne det
Er formelle avgifter tildelt vilkårlig? Svaret er nei. For dette må forsterkningen eller tapet av elektroner beregnes under antagelse av rent kovalente bindinger, og dette oppnås ved hjelp av følgende formel:
CF = (atomgruppenummer) - (antall lenker det danner) - (antall elektroner som ikke deles)
Hvis atomet har en CF med en verdi på +1, blir det tildelt en positiv ladning (+); mens hvis du har en CF med en verdi på -1, blir du deretter tildelt en negativ kostnad (-).
For korrekt beregning av CF skal følgende trinn følges:
- Finn i hvilken gruppe atomet befinner seg innenfor det periodiske bordet.
- Telle antall koblinger du danner med naboene dine: De dobbelte koblingene (=) er verdt to og de tredoble koblingene er verdt tre (≡).
- Endelig telle antall ikke-delte elektroner, som lett kan observeres med Lewis strukturer.
Variasjoner i beregningen i henhold til strukturen
Gitt det lineære molekylet ABCD, kan de formelle kostnadene for hvert atom variere hvis strukturen for eksempel er skrevet som: BCAD, CABD, ACDB, etc. Dette er fordi det er atomer at ved å dele flere elektroner (danner flere obligasjoner), erverve CF-positive eller negative.
Så hvilken av de tre mulige molekylære strukturer tilsvarer forbindelsen ABCD? Svaret er: en som generelt har de laveste CF-verdiene; også den som tilordner de negative ladningene (-) til de mest elektronegative atomer.
Hvis C og D er mer elektronegative enn A og B, får de derfor ved å dele flere elektroner positive formelle kostnader (sett fra en mnemonisk regel).
Dermed er den mest stabile og mest energieffektive strukturen CABD, da i dette tilfellet både C og B danner bare en lenke. På den annen side er ABCD-strukturen og de med C eller B danner to koblinger (-C- eller -D-) mer ustabile.
Hvilken av alle strukturer er den mest ustabile? ACDB, fordi ikke bare C og D danner to koblinger, men også deres negative formelle kostnader (-) er tilstøtende til hverandre, og destabiliserer strukturen ytterligere.
Eksempler på formelle kostnadsberegninger
BF 4 - (tetrafluorboration)
Boringatomet er omgitt av fire fluoratomer. Gitt at B tilhører gruppe IIIA (13) mangler ikke-delte elektroner og danner fire kovalente bindinger, er CF sin (3-4-0 = -1). På den annen side er for CF, elementet i gruppen VIIA (17), CF (7-6-1 = 0).
For å bestemme ladningen av ionet eller molekylet, er det nok å legge til de enkelte CFer av atomene som komponerer det: (1 (-1) + 4 (0) = -1).
Men CF for B har ikke en reell betydning; det vil si at den høyeste elektroniske tettheten ikke ligger på dette. I realiteten distribueres denne elektrondensiteten til de fire atomer av F, et mye mer elektronegative element enn B.
BeH2 (berylliumhydrid)
Berylliumatomet tilhører gruppe IIA (2), danner to bindinger og mangler igjen ikke-delte elektroner. Dermed er CFs for Be og H:
CF Be = 2-2-0 = 0
CF H = 1-1-0 = 0
Last BeH 2 = 1 (0) + 2 (0) = 0
CO (karbonmonoksid)
Dens Lewis-struktur kan representeres som: C≡O: (selv om den har andre resonansstrukturer). Gjenta CF-beregningen, denne gangen for C (fra MVA-gruppen) og O (fra VIA-gruppen) har vi:
CFC = 4-3-2 = -1
CF O = 6-3-2 = +1
Dette er et eksempel der formelle avgifter ikke samsvarer med elementene. O er mer electronegative enn C og derfor bør ikke bære en positiv en.
De andre strukturene (C = O og (+) CO (-)), mens de overholder koherent tildeling av ladningene, overholder ikke oktettregelen (C har mindre enn åtte valenselektroner).
NH4 + (ammoniumion), NH3 og NH2- (amidion)
Jo flere elektroner N deler, desto mer positive er CF (opp til ammoniumion, siden det ikke har noen energi tilgjengelig for å danne fem obligasjoner).
Ved bruk av beregningene for N i ammoniumionen, ammoniakken og amiduro-ionet har vi da:
CF = 5-4-0 = +1 (NH4 +)
CF = 5-3-2 = 0 (NH3)
Og til slutt:
CF = 5-2-4 = -1 (NH2-)
Det er i NH 2 - N har fire ikke-delte elektroner, og deler alle når det danner NH 4 +. CF for H er lik 0, og derfor beregnes beregningen.
