FORMALE GEBÜHR: FORMEL, WIE MAN SIE BERECHNET UND BEISPIELE - CHEMIE - 2025

Die formale Ladung (CF) ist eine Ladung , die einem Atom eines Moleküls oder Ions zugeordnet ist, wodurch seine Strukturen und chemischen Eigenschaften basierend darauf erklärt werden können. Dieses Konzept impliziert die Berücksichtigung des maximalen Charakters der Kovalenz in der Bindung AB; das heißt, das Elektronenpaar wird zu gleichen Teilen zwischen A und B geteilt.

Um das Obige zu verstehen, zeigt das untere Bild zwei verknüpfte Atome: eines mit dem Buchstaben A und das andere mit dem Buchstaben B. Wie zu sehen ist, wird im Schnittpunkt der Kreise eine Bindung mit dem Paar ":" gebildet. Wenn in diesem heteronuklearen Molekül A und B gleiche Elektronegativitäten aufweisen, bleibt das Paar ":" sowohl von A als auch von B gleich weit entfernt.

Da jedoch zwei verschiedene Atome keine identischen Eigenschaften haben können, wird das ":" - Paar von demjenigen angezogen, das elektronegativer ist. In diesem Fall ist, wenn A elektronegativer als B ist, das Paar ":" näher an A als an B. Das Gegenteil tritt auf, wenn B elektronegativer als A ist und sich nun ":" an B nähert.

Um die formalen Gebühren sowohl A als auch B zuzuweisen, muss der erste Fall (der oben im Bild) betrachtet werden. Wenn die rein kovalente Bindung AB brechen würde, würde ein homolytischer Bruch auftreten, wodurch die freien Radikale A · und · B erzeugt würden.

Qualitative Vorteile der Verwendung formeller Fracht

Die Elektronen sind nicht wie im vorherigen Beispiel fixiert, sondern wandern und gehen durch die Atome des Moleküls oder Ions verloren. Wenn es sich um ein zweiatomiges Molekül handelt, ist bekannt, dass das Paar ":" zwischen beiden Atomen geteilt werden oder wandern muss; Das gleiche passiert in einem Molekül vom Typ ABC, jedoch mit größerer Komplexität.

Wenn man jedoch ein Atom untersucht und eine Kovalenz von hundert Prozent in seinen Bindungen annimmt, ist es einfacher festzustellen, ob es Elektronen innerhalb der Verbindung gewinnt oder verliert. Um diesen Gewinn oder Verlust zu bestimmen, muss Ihr Grund- oder Freistatus mit Ihrer elektronischen Umgebung verglichen werden.

Auf diese Weise ist es möglich, eine positive Ladung (+) zuzuweisen, wenn das Atom ein Elektron verliert, oder eine negative Ladung (-), wenn es im Gegenteil ein Elektron gewinnt (die Zeichen müssen innerhalb eines Kreises geschrieben werden).

Obwohl die Elektronen nicht genau lokalisiert werden können, entsprechen diese formalen (+) und (-) Ladungen auf den Strukturen in den meisten Fällen den erwarteten chemischen Eigenschaften.

Das heißt, die formale Ladung eines Atoms hängt eng mit der Molekülgeometrie seiner Umgebung und seiner Reaktivität innerhalb der Verbindung zusammen.

Formel und wie man sie berechnet

Werden formelle Gebühren willkürlich vergeben? Die Antwort ist nein. Dazu muss der Gewinn oder Verlust von Elektronen unter der Annahme rein kovalenter Bindungen berechnet werden, und dies wird durch die folgende Formel erreicht:

CF = (Gruppennummer des Atoms) - (Anzahl der Bindungen, die es bildet) - (Anzahl der nicht gemeinsam genutzten Elektronen)

Wenn das Atom eine CF mit einem Wert von +1 hat, wird ihm eine positive Ladung (+) zugewiesen; Wenn Sie dagegen eine CF mit einem Wert von -1 haben, wird ihr eine negative Ladung (-) zugewiesen.

Um die CF korrekt zu berechnen, müssen die folgenden Schritte ausgeführt werden:

- Suchen Sie, in welcher Gruppe sich das Atom im Periodensystem befindet.

- Zählen Sie die Anzahl der Bindungen, die es mit seinen Nachbarn eingeht: Doppelbindungen (=) sind zwei wert und Dreifachbindungen sind drei wert (≡).

- Zählen Sie abschließend die Anzahl der nicht gemeinsam genutzten Elektronen, die mit Lewis-Strukturen leicht beobachtet werden können.

Berechnungsschwankungen je nach Struktur

Angesichts des linearen Moleküls ABCD können die formalen Ladungen für jedes Atom variieren, wenn die Struktur beispielsweise jetzt wie folgt geschrieben wird: BCAD, CABD, ACDB usw. Dies liegt daran, dass es Atome gibt, die durch das Teilen von mehr Elektronen (das Bilden von mehr Bindungen) positive oder negative CFs erwerben.

Welche der drei möglichen Molekülstrukturen entspricht also der Verbindung ABCD? Die Antwort lautet: diejenige, die im Allgemeinen die niedrigsten CF-Werte aufweist; Ebenso derjenige, der den elektronegativsten Atomen negative Ladungen (-) zuweist.

Wenn C und D elektronegativer sind als A und B, erhalten sie durch das Teilen von mehr Elektronen folglich formale positive Ladungen (nach einer Gedächtnisregel).

Somit ist CABD die stabilste und energetisch am meisten bevorzugte Struktur, da sowohl C als auch B nur eine Bindung bilden. Andererseits sind die ABCD-Struktur und diejenigen, bei denen C oder B zwei Bindungen bilden (–C– oder –D–), instabiler.

Welche der Strukturen ist die instabilste? ACDB, weil nicht nur C und D zwei Bindungen bilden, sondern auch ihre formalen negativen Ladungen (-) nebeneinander liegen, was die Struktur weiter destabilisiert.

Beispiele für formale Lastberechnungen

BF

Das Boratom ist von vier Fluoratomen umgeben. Da B zur Gruppe IIIA (13) gehört, fehlen ihm ungeteilte Elektronen und es bilden vier kovalente Bindungen. Seine CF beträgt (3-4-0 = -1). Andererseits ist für F, ein Element der Gruppe VIIA (17), seine CF (7-6-1 = 0).

Um die Ladung des Ions oder Moleküls zu bestimmen, reicht es aus, die einzelnen CF der Atome zu addieren, aus denen es besteht: (1 (-1) + 4 (0) = -1).

Die CF für B hat jedoch keine wirkliche Bedeutung; das heißt, die höchste Elektronendichte liegt nicht darauf. In Wirklichkeit ist diese Elektronendichte auf die vier Atome von F verteilt, einem Element, das viel elektronegativer als B ist.

BeH

Das Berylliumatom gehört zur Gruppe IIA (2), bildet zwei Bindungen und es fehlen wiederum ungeteilte Elektronen. Somit sind die CFs für Be und H:

CF _Be = 2-2-0 = 0

CF _H = 1-1-0 = 0

Laden Sie BeH ₂ = 1 (0) + 2 (0) = 0

CO (Kohlenmonoxid)

Seine Lewis-Struktur kann dargestellt werden als: C≡O: (obwohl es andere Resonanzstrukturen hat). Wenn wir die CF-Berechnung wiederholen, diesmal für C (der Gruppe IVA) und O (der Gruppe VIA), haben wir:

CF _C = 4-3-2 = -1

CF _O = 6-3-2 = +1

Dies ist ein Beispiel, bei dem die formalen Gebühren nicht der Art der Elemente entsprechen. O ist elektronegativer als C und sollte daher kein Positiv tragen.

Die anderen Strukturen (C = O und ⁽⁺⁾ CO ^(-) ) entsprechen, obwohl sie der kohärenten Zuordnung von Ladungen entsprechen, nicht der Oktettregel (C hat weniger als acht Valenzelektronen).

NH

Je mehr Elektronen N teilen, desto positiver ist die CF (sogar das Ammoniumion, da es keine Energieverfügbarkeit zur Bildung von fünf Bindungen hat).

Wenn wir die Berechnungen für das N im Ammoniumion, Ammoniak und Amidion gleichermaßen anwenden, haben wir dann:

CF = 5-4-0 = +1 (NH ₄ ⁺ )

CF = 5-3-2 = 0 (NH ₃ )

Und schlussendlich:

CF = 5-2-4 = -1 (NH ₂ ^- )

Das heißt, in NH ₂ ^- N gibt es vier ungeteilte Elektronen, und es teilt sich alle, wenn es NH ₄ ^{+ bildet} . Die CF für das H ist gleich 0 und daher wird Ihre Berechnung gespeichert.

Verweise

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