Formuła opłaty formalnej, jak ją obliczyć i przykłady

3917
Abraham McLaughlin

Plik opłata formalna (CF) to taki, który jest przypisany do atomu cząsteczki lub jonu, co pozwala na wyjaśnienie jego budowy i właściwości chemicznych na jego podstawie. Koncepcja ta zakłada rozważenie maksymalnego charakteru kowalencji w wiązaniu A-B; to znaczy, para elektronów jest dzielona równo między A i B..

Aby zrozumieć powyższe, dolny 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 nad obrazkiem). Gdyby czysto kowalencyjne wiązanie A-B zostało przerwane, nastąpiłoby homolityczne pęknięcie, generując wolne rodniki A · i · B.

Indeks artykułów

  • 1 Jakościowe korzyści wynikające z zatrudnienia ładunku formalnego
  • 2 Formuła i jak to obliczyć
    • 2.1 Zmiany obliczeń w zależności od konstrukcji
  • 3 Przykłady obliczeń obciążeń formalnych
    • 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 Odnośniki

Jakościowe korzyści wynikające ze stosowania obciążenia formalnego

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 A-B-C, ale z większą złożonością.

Jednak badając atom i zakładając stuprocentową kowalencję w jego wiązaniach, łatwiej jest ustalić, czy zyskuje, czy traci elektrony w związku. Aby określić ten zysk lub stratę, stan wyjściowy lub stan 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 zapisane wewnątrz koła).

Tak więc, chociaż elektronów nie można dokładnie zlokalizować, te formalne ładunki (+) i (-) 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 stratę 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 przypisany 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 A-B-C-D, formalne ładunki 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 itd. Dzieje się tak, ponieważ istnieją atomy, które dzieląc więcej elektronów (tworząc więcej wiązań), uzyskują dodatnią lub ujemną CF..

Więc która z trzech możliwych struktur molekularnych odpowiada związkowi ABCD? Odpowiedź brzmi: ten, który ma generalnie najniższe wartości współczynnika CF; podobnie ten, który przypisuje ujemne ładunki (-) do najbardziej elektroujemnych atomów.

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

Zatem najbardziej stabilną strukturą i najbardziej uprzywilejowaną energetycznie jest C-A-B-D, ponieważ w tej C i B tworzą tylko jedno wiązanie. Z drugiej strony struktura A-B-C-D i te, w których C lub B tworzą 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 wiązania, ale także ich formalne ładunki ujemne (-) sąsiadują ze sobą, dodatkowo destabilizując strukturę.

Przykłady formalnych obliczeń obciążenia

BF4- (jon tetrafluoroboranowy)

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, pierwiastka znacznie bardziej elektroujemnego niż B..

BeHdwa (wodorek berylu)

Atom berylu należy do grupy IIA (2), tworzy dwa wiązania i znowu brakuje mu niewspółdzielonych elektronów. Zatem współczynniki CF dla Be i H są następujące:

CFByć= 2-2-0 = 0

CFH.= 1-1-0 = 0

BeH loaddwa= 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:

CFdo= 4-3-2 = -1

CFLUB= 6-3-2 = +1

To jest przykład, gdzie formalne opłaty nie są zgodne z naturą elementów. O jest bardziej elektroujemny niż C i dlatego nie powinien być dodatni.

Pozostałe struktury (C = O i (+)WSPÓŁ(-)), mimo że spełniają spójne przypisanie ładunków, nie są zgodne z regułą oktetu (C ma mniej niż osiem elektronów walencyjnych).

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

im więcej elektronów ma udział N, tym bardziej dodatni jest jego CF (nawet jon amonowy, ponieważ nie ma dostępnej energii do utworzenia pięciu wiązań).

Stosując jednakowo obliczenia dla N w jonie amonowym, amoniaku i jonie amidowym, otrzymujemy:

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

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

I w końcu:

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

To znaczy w NHdwa- N ma cztery niewspółdzielone elektrony i dzieli je wszystkie, gdy tworzy NH4+. CF dla H jest równe 0 i dlatego Twoje obliczenia są zapisywane.

Bibliografia

  1. James. (2018). Kluczowa umiejętność: jak obliczyć opłatę formalną. Pobrane 23 maja 2018 r. Z: masterorganicchemistry.com
  2. Dr Ian Hunt. Wydział Chemii, Uniwersytet Calgary. Opłaty formalne. Pobrane 23 maja 2018 z: chem.ucalgary.ca
  3. Opłaty formalne. [PDF]. Pobrane 23 maja 2018 z: chem.ucla.edu
  4. Jeff D. Cronk. Opłata formalna. Pobrane 23 maja 2018 z: guweb2.gonzaga.edu
  5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemia. (8th ed.). CENGAGE Learning, s. 268–270.
  6. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Wydanie czwarte, str. 38). Mc Graw Hill.
  7. Monica Gonzalez. (10 sierpnia 2010). Opłata formalna. Pobrane 23 maja 2018 r. Z: quimica.laguia2000.com

Jeszcze bez komentarzy