- Kvalitatívne výhody použitia formálneho nákladu
- Vzorec a ako ho vypočítať
- Varianty výpočtu podľa štruktúry
- Príklady výpočtov formálneho zaťaženia
- BF
- BEH
- CO (oxid uhoľnatý)
- NH
- Referencie
Formálne náboj (CF), je taká, ktorá je priradená k atómu molekuly alebo iónu, ktorý umožňuje vysvetliť jeho štruktúry a chemické vlastnosti založené na tom. Táto koncepcia predpokladá zváženie maximálneho charakteru kovalencie v dlhopise AB; to znamená, že pár elektrónov je zdieľaný rovnomerne medzi A a B.
Na pochopenie vyššie uvedeného obrázku sú na obrázku nižšie znázornené dva spojené atómy: jeden označený písmenom A a druhý písmenom B. Ako je vidieť, na priesečníku kruhov sa vytvorí väzba s párom „:“. Ak majú A a B v tejto heteronukleárnej molekule rovnaké elektronegativity, pár „:“ zostáva rovnako vzdialený od A aj B.
Pretože však dva rôzne atómy nemôžu mať rovnaké vlastnosti, pár „:“ je priťahovaný tým, ktorý je viac elektronegatívny. V tomto prípade, ak je A elektronegatívnejšie ako B, pár „:“ je bližšie k A ako k B. Opak nastáva, keď je B elektronegatívnejšie ako A, teraz sa blíži „:“ k B.
Na priradenie formálnych poplatkov tak A, ako aj B je potrebné vziať do úvahy prvý prípad (ten v hornej časti obrázka). Ak by sa mala čisto kovalentná väzba AB rozbiť, došlo by k homolytickému rozpadu za vzniku voľných radikálov A · a · B.
Kvalitatívne výhody použitia formálneho nákladu
Elektróny nie sú fixované, ako v predchádzajúcom príklade, ale cestujú a sú stratené atómami molekuly alebo iónu. Pokiaľ ide o diatomickú molekulu, je známe, že dvojica „:“ musí byť zdieľaná alebo putovaná medzi oboma atómami; to isté sa deje v molekule typu ABC, ale s väčšou zložitosťou.
Avšak pri štúdiu atómu a pri predpokladaní kovalencie sto percent jeho väzieb je ľahšie zistiť, či v zlúčenine získava alebo stráca elektróny. Na určenie tohto zisku alebo straty sa musí váš bazálny alebo slobodný stav porovnávať s vaším elektronickým prostredím.
Týmto spôsobom je možné priradiť kladný náboj (+), ak atóm stratí elektrón, alebo záporný náboj (-), keď naopak získa elektrón (znaky musia byť napísané vnútri kruhu).
Teda, hoci elektróny nemôžu byť presne lokalizované, tieto formálne (+) a (-) náboje na štruktúrach vo väčšine prípadov zodpovedajú očakávaným chemickým vlastnostiam.
To znamená, že formálny náboj atómu úzko súvisí s molekulárnou geometriou jeho prostredia a jeho reaktivitou v zlúčenine.
Vzorec a ako ho vypočítať
Pridelia sa formálne poplatky svojvoľne? Odpoveď znie nie. Z tohto dôvodu sa musí zisk alebo strata elektrónov vypočítať za predpokladu čisto kovalentných väzieb, a to sa dosiahne pomocou tohto vzorca:
CF = (číslo skupiny atómu) - (počet väzieb, ktoré tvorí) - (počet nezdieľaných elektrónov)
Ak má atóm CF s hodnotou +1, je mu priradený kladný náboj (+); zatiaľ čo ak máte CF s hodnotou -1, je mu priradený záporný náboj (-).
Ak chcete správne vypočítať CF, musíte vykonať nasledujúce kroky:
- Vyhľadajte, v ktorej skupine sa atóm nachádza v periodickej tabuľke.
- Spočítajte počet dlhopisov, ktoré vytvára so svojimi susedmi: dvojité väzby (=) majú hodnotu dve a trojité väzby majú hodnotu tri (≡).
- Nakoniec spočítajte počet nezdieľaných elektrónov, ktoré je možné ľahko pozorovať pomocou Lewisových štruktúr.
Varianty výpočtu podľa štruktúry
Vzhľadom na lineárnu molekulu ABCD sa formálne náboje pre každý atóm môžu meniť, ak je napríklad štruktúra teraz napísaná ako: BCAD, CABD, ACDB atď. Je to preto, že existujú atómy, ktoré zdieľaním viacerých elektrónov (tvoriacich viac väzieb) získavajú pozitívne alebo negatívne CFs.
Takže ktorá z troch možných molekulárnych štruktúr zodpovedá zlúčenine ABCD? Odpoveď je: tá, ktorá má všeobecne najnižšie hodnoty CF; rovnako to, čo priraďuje záporné náboje (-) k najviac elektronegatívnym atómom.
Ak sú C a D elektronegatívnejšie ako A a B, potom zdieľaním viacerých elektrónov následne získajú pozitívne formálne náboje (videné z mnemotechnického pravidla).
Teda najstabilnejšia a najviac energeticky najvýhodnejšia je CABD, pretože v tomto prípade C aj B tvoria iba jednu väzbu. Na druhej strane, štruktúra ABCD a tie, ktoré majú C alebo B tvoriace dve väzby (–C– alebo –D–), sú nestabilnejšie.
Ktorá zo všetkých štruktúr je najviac nestabilná? ACDB, pretože nielen C a D tvoria dve väzby, ale aj ich formálne záporné náboje (-) spolu susedia, čo ďalej destabilizuje štruktúru.
Príklady výpočtov formálneho zaťaženia
BF
Atóm bóru je obklopený štyrmi atómami fluóru. Pretože skupina B patrí do skupiny IIIA (13), chýba jej nezdieľaný elektrón a tvorí štyri kovalentné väzby, jej CF je (3-4-0 = -1). Na druhej strane, pre F, prvok skupiny VIIA (17), jeho CF je (7-6-1 = 0).
Na stanovenie náboja iónu alebo molekuly stačí pridať jednotlivé CF atómov, ktoré ho tvoria: (1 (-1) + 4 (0) = -1).
CF pre B však nemá žiadny skutočný význam; to znamená, že na ňom nie je prítomná najvyššia hustota elektrónov. V skutočnosti je táto hustota elektrónov distribuovaná smerom k štyrom atómom F, čo je oveľa elektronegatívnejší prvok ako B.
BEH
Atóm berýlia patrí do skupiny IIA (2), tvorí dve väzby a opäť postráda nezdieľané elektróny. CF pre Be a H sú teda:
CF Be = 2-2-0 = 0
CF H = 1-1-0 = 0
Zaťaženie Beh 2 = 1 (0) + 2 (0) = 0
CO (oxid uhoľnatý)
Jeho Lewisovu štruktúru možno reprezentovať ako: C≡O: (hoci má iné rezonančné štruktúry). Zopakovaním výpočtu CF, tentoraz pre C (zo skupiny IVA) a O (zo skupiny VIA), máme:
CF C = 4-3-2 = -1
CF O = 6-3-2 = 1
Toto je príklad, keď formálne poplatky nezodpovedajú povahe prvkov. O je viac elektronegatívny ako C, a preto by nemal byť kladný.
Ostatné štruktúry (C = O a (+) CO (-) ), hoci sú v súlade s koherentným priradením poplatkov, nie sú v súlade s oktetovým pravidlom (C má menej ako osem valenčných elektrónov).
NH
čím viac elektrónov N zdieľa, tým pozitívnejší je jeho CF (dokonca aj amónny ión, pretože nemá žiadnu energetickú dostupnosť na vytvorenie piatich väzieb).
Rovnako sme použili výpočty pre N v amónnom ióne, amoniaku a amidovom ióne:
CF = 5-4-0 = 1 (NH 4 + )
CF = 5-3-2 = 0 (NH 3 )
A nakoniec:
CF = 5-2-4 = 1 (NH 2 - )
To znamená, že v NH 2 - N má štyri nezdieľané elektróny a zdieľa všetky z nich, keď tvorí NH 4 + . CF pre H sa rovná 0, a preto sa váš výpočet uloží.
Referencie
- James. (2018). Kľúčová zručnosť: Ako vypočítať formálny poplatok. Zdroj: 23. mája 2018, z: masterorganicchemistry.com
- Ian Hunt. Katedra chémie, University of Calgary. Formálne poplatky. Získané 23. mája 2018, z: chem.ucalgary.ca
- Formálne poplatky. , Získané 23. mája 2018, z: chem.ucla.edu
- Jeff D. Cronk. Formálny poplatok. Našiel 23. mája 2018 z: guweb2.gonzaga.edu
- Whitten, Davis, Peck a Stanley. Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning, s. 268-270.
- Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie., S. 38). Mc Graw Hill.
- Monica Gonzalez. (10. augusta 2010). Formálny poplatok. Našiel sa 23. mája 2018, z: quimica.laguia2000.com