Carico formale

Qual è il carico formale?

IL Carico formale (CF) è uno che viene assegnato a un atomo di una molecola o ione, che consente di spiegare le sue strutture e le sue proprietà chimiche a seconda di questo. Questo concetto implica la considerazione del carattere massimo della covalenza nel collegamento A-B; Cioè, la coppia di elettroni è condivisa equamente tra A e B.

Per comprendere quanto sopra nell'immagine inferiore sono mostrati due atomi collegati: uno designato con la lettera A e l'altro con la lettera B. Come si può vedere, nell'intercetta dei cerchi si forma un collegamento con la coppia ":". In questa molecola eteronucleare, se A e B hanno uguali elettronegatività la coppia ":" rimane equidistante sia a che b.

Tuttavia, dato che due atomi diversi non possono avere proprietà identiche, la coppia ":" è attratta da cui è più elettronegativa. In questo caso, se A è più elettronegativa di B, la coppia ":" è più vicina a quella di B. Il contrario si verifica quando B è più elettronegativo di A, ora che si avvicina ":" A B.

Quindi, per assegnare addebiti formali sia a che b, è necessario considerare il primo caso (quello sopra l'immagine). Se si rompesse il collegamento puramente covalente A-B, si verificherebbe una rottura omolitica, generando radicali liberi a · e · b.

Vantaggi qualitativi dell'uso del carico formale

Gli elettroni non sono fissi, come nell'esempio precedente, ma viaggiano e si perdono dagli atomi della molecola o degli ioni. Se si tratta di una molecola diatomica, si sa che la coppia ":" deve essere condivisa o vagare tra i due atomi; Lo stesso accade in una molecola di tipo A-B-C, ma con maggiore complessità.

Tuttavia, quando un atomo viene studiato e assume una covalenza al cento per cento nei suoi collegamenti, è più facile stabilire se all'interno del composto vince o perde elettroni. Per determinare questo guadagno o perdita, il tuo stato basale o libero deve essere confrontato con il tuo ambiente elettronico.

In questo modo, è possibile assegnare un carico positivo (+) se l'atomo perde un elettrone o un carico negativo (-) quando, al contrario, un elettrone vince (i segni devono essere scritti all'interno di un cerchio).

Pertanto, sebbene gli elettroni non possano essere posizionati esattamente, questi carichi formali (+) e (-) nelle strutture vengono regolati nella maggior parte dei casi alle proprietà chimiche previste.

Cioè, il carico formale di un atomo è strettamente correlato alla geometria molecolare del suo ambiente e della reattività all'interno del composto.

Formula e come calcolarlo

Sono carichi formali assegnati arbitrariamente? La risposta è no. Per questo, il guadagno o la perdita di elettroni deve essere calcolato assumendo legami puramente covalenti, e questo si ottiene attraverso la seguente formula:

Cf = (numero di gruppo atomico) - (numero di collegamenti che modella) - (numero di elettroni non riempiti)

Se l'atomo ha un CF con un valore di +1, viene assegnato un carico positivo ( +); Mentre se hai un CF con un valore di -1, viene assegnato un carico negativo ( -).

Per calcolare correttamente il CF, i passaggi devono essere seguiti di seguito:

• Individua quale gruppo è l'atomo all'interno della tabella periodica.
• Conta il numero di collegamenti che si formano con i loro vicini: i doppi collegamenti (=) valgono due e i tripli collegamenti valgono tre (≡).
• Infine, contando il numero di elettroni non condivisi, che possono essere facilmente osservati con le strutture di Lewis.

Variazioni di calcolo in base alla struttura

Data la molecola lineare A-B-C-D, i carichi formali per ciascun atomo possono variare se la struttura, ad esempio, è ora scritta come: B-C-A-D, C-A-B-D, A-C-D-B, ecc. Questo perché ci sono atomi che, condividendo più elettroni (formano più legami), acquisiscono CF positivo o negativo.

Quindi quale delle tre possibili strutture molecolari corrisponde al composto ABCD? La risposta è: quella che generalmente possiede i valori CF più bassi; Inoltre, quello che assegna carichi negativi (-) agli atomi più elettronegativi.

Se C e D sono più elettronegativi di A e B, condividendo più elettroni, di conseguenza acquisiscono carichi formali positivi (visti da una regola mnemonica).

Pertanto, la struttura più stabile, e la maggior parte dell'energia favorita, è C-A-B-D, poiché sia ​​in C che in B, formano solo un collegamento. D'altra parte, la struttura A-B-C-D e quelli che hanno una C o B formano due collegamenti (-C- o -D-), sono più instabili.

Quale di tutte le strutture è la più instabile? A-C-D-B, perché non solo C e D formano due collegamenti, ma anche i loro carichi formali negativi (-) sono adiacenti tra loro, destabilizzando ulteriormente la struttura.

Esempi di calcoli del carico formale

Bf₄^- (Ione Tetrafluoroborato)

L'atomo di boro è circondato da quattro atomi di fluoro. Poiché la B appartiene al gruppo IIIA (13) non ha elettroni non condivisi e forma quattro legami covalenti, il suo CF è (3-4-0 = -1). Invece per la F, elemento del gruppo VIIA (17), il suo CF è (7-6-1 = 0).

Per determinare il carico dello ione o della molecola, è sufficiente aggiungere i singoli CF degli atomi che lo compongono: (1 (-1) + 4 (0) = -1).

Tuttavia, il CF per B non ha un vero significato; Questo è, in questo modo non risiede la più grande densità elettronica. In realtà, questa densità elettronica viene distribuita ai quattro atomi F, molto più elemento elettronegativo di B.

Beh₂ (Berillio idruro)

L'atomo di beryllio appartiene al gruppo IIA (2), forma due collegamenti e manca, ancora una volta, di elettroni non condivisi. Pertanto, il CF per BE e H sono:

Cf_Essere= 2-2-0 = 0

Cf_H= 1-1-0 = 0

Beh Caricamento₂= 1 (0) + 2 (0) = 0

CO (monossido di carbonio)

La sua struttura di Lewis può essere rappresentata come: CESS: (sebbene presenti altre strutture di risonanza). Ripetendo il calcolo del CF, questa volta per il C (del gruppo IVA) e l'O (del gruppo Via), hai:

Cf_C= 4-3-2 = -1

Cf_O= 6-3-2 = +1

Questo è un esempio in cui le cariche formali non si adattano alla natura degli elementi. Il OR è più elettronegativo della C e, quindi, non dovrebbe trasportare un positivo.

Le altre strutture (c = o e ⁽⁺Co^(-)), sebbene siano conformi all'allocazione coerente dei carichi, non rispettano la regola dell'ottetto (la C ha meno di otto elettroni di Valencia).

NH₄⁺ (Ammonio ionico), NH₃ e NH₂^- (Amiduro ion)

Più elettroni condividono N, più è positivo è il suo CF (allo ione di ammonio, poiché non ha disponibilità di energia per formare cinque legami).

Applicando anche i calcoli per N ammonio, l'ammoniaca e lo ione di amiduro, quindi hanno:

CF = 5-4-0 = +1 (NH₄⁺)

CF = 5-3-2 = 0 (NH₃)

E infine:

CF = 5-2-4 = -1 (NH₂^-)

Cioè, nel NH₂^- La N ha quattro elettroni non condivisi e condivide tutto quando forma l'NH₄⁺. CF per H è uguale a 0 e, quindi, il calcolo viene salvato.