Formal φορτίο φόρτωσης, πώς να το υπολογίσει και παραδείγματα

Το επίσημο τέλος (CF) είναι εκείνη που αποδίδεται σε ένα άτομο ενός μορίου ή ιόντος, το οποίο επιτρέπει να εξηγούνται οι δομές και οι χημικές του ιδιότητες ως συνάρτηση αυτού. Αυτή η έννοια συνεπάγεται την εξέταση του μέγιστου χαρακτήρα της ομοιομορφίας στον σύνδεσμο Α-Β. δηλαδή, το ζεύγος ηλεκτρονίων μοιράζεται εξίσου μεταξύ Α και Β.

Για να καταλάβουμε το παραπάνω στο παρακάτω σχήμα δύο συνδεδεμένων ατόμων δείχνονται: ένα ορίζεται με το γράμμα Α και το άλλο με το γράμμα Β Όπως φαίνεται, στο σύνδεσμο κύκλους τομής διαμορφώνεται με το ζεύγος «:». Σε αυτό το μόριο ετεροπυρηνική, αν τα Α και Β έχουν ίσα ηλεκτραρνητικότητες ροπή «» παραμένει ίση απόσταση αμφότερα τα Α και Β.

Ωστόσο, δεδομένου ότι δύο διαφορετικά άτομα δεν μπορούν να έχουν πανομοιότυπες ιδιότητες, το ζεύγος ":" προσελκύεται από αυτό που είναι πιο ηλεκτροαρνητικό. Σε αυτή την περίπτωση, εάν το Α είναι περισσότερο ηλεκτραρνητικό από Β, το ζεύγος «» είναι πιο κοντά σε ένα από Β Το αντίθετο συμβαίνει όταν το Β είναι περισσότερο ηλεκτραρνητικό από Α, πλησιάζει τώρα «:» α Β.

Στη συνέχεια, για να εκχωρήσετε τις επίσημες επιβαρύνσεις τόσο στο Α όσο και στο Β, είναι απαραίτητο να εξετάσετε την πρώτη περίπτωση (αυτή πάνω από την εικόνα). Εάν ο καθαρώς ομοιοπολικός δεσμός Α-Β σπάσει, θα συμβεί μια ομολυτική διάσπαση, δημιουργώντας τις ελεύθερες ρίζες Α και Β.

Ευρετήριο

• 1 Ποιοτικά οφέλη από τη χρήση επίσημου φορτίου
• 2 Formula και πώς να το υπολογίσετε
  • 2.1 Παραλλαγές του υπολογισμού σύμφωνα με τη δομή
• 3 Παραδείγματα επίσημων υπολογισμών χρέωσης
  • 3.1 BF4- (τετραφθοροβορικό ιόν)
  • 3.2 BeH2 (υδρίδιο του βηρυλλίου)
  • 3.3 CO (μονοξείδιο του άνθρακα)
  • 3.4 ΝΗ4 + (ιόν αμμωνίου), ΝΗ3 και ΝΗ2- (ιόν αμιδίου)
• 4 Αναφορές

Ποιοτικά οφέλη από την απασχόληση επίσημου φορτίου

Τα ηλεκτρόνια δεν είναι σταθερά, όπως στο προηγούμενο παράδειγμα, αλλά ταξιδεύουν και χάνονται από τα άτομα του μορίου ή του ιόντος. Αν πρόκειται για ένα διατομικό μόριο είναι γνωστό ότι το ζεύγος ":" πρέπει να μοιραστεί ή να περιπλανηθεί μεταξύ των δύο ατόμων. το ίδιο συμβαίνει σε ένα μόριο τύπου Α-Β-C, αλλά με μεγαλύτερη πολυπλοκότητα.

Ωστόσο, μελετώντας ένα άτομο και υποθέτοντας εκατό τοις εκατό covalence στους δεσμούς του, είναι ευκολότερο να διαπιστωθεί αν κερδίζει ή χάνει ηλεκτρόνια μέσα στην ένωση. Για να προσδιορίσετε αυτό το κέρδος ή απώλεια, πρέπει να συγκρίνετε τη βασική ή την ελεύθερη κατάστασή σας με το ηλεκτρονικό σας περιβάλλον.

Έτσι, είναι δυνατόν να ορίσετε ένα θετικό φορτίο (+) αν το άτομο χάνει ένα ηλεκτρόνιο ή ένα αρνητικό (-) όταν, αντίθετα, αποκτά ένα ηλεκτρόνιο (οι πινακίδες πρέπει να γραφτεί μέσα σε κύκλο).

Έτσι, αν και τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να εντοπιστούν με ακρίβεια, αυτά τα φορτία (+) και (-) στις δομές συμφωνούν στις περισσότερες περιπτώσεις με τις αναμενόμενες χημικές ιδιότητες.

Δηλαδή, το επίσημο φορτίο ενός ατόμου είναι στενά συνδεδεμένο με τη μοριακή γεωμετρία του περιβάλλοντος και την αντιδραστικότητα του μέσα στην ένωση.

Φόρμουλα και πώς να το υπολογίσετε

Είναι αυθαίρετες οι επίσημες επιβαρύνσεις; Η απάντηση είναι όχι. Γι 'αυτό, το κέρδος ή η απώλεια των ηλεκτρονίων πρέπει να υπολογιστεί υποθέτοντας καθαρώς ομοιοπολικούς δεσμούς, και αυτό επιτυγχάνεται με τον ακόλουθο τύπο:

CF = (αριθμός ομάδας ατόμων) - (αριθμός συνδέσμων που σχηματίζει) - (αριθμός ηλεκτρονίων που δεν μοιράζονται)

Αν το άτομο έχει CF με τιμή +1, του αποδίδεται θετικό φορτίο (+). ενώ εάν έχετε ένα CF με τιμή -1, τότε σας δίνεται μια αρνητική χρέωση (-).

Για να υπολογίσετε σωστά το CF, θα πρέπει να ακολουθήσετε τα παρακάτω βήματα:

- Εντοπίστε σε ποια ομάδα βρίσκεται το άτομο μέσα στον περιοδικό πίνακα.

- Μετρήστε τον αριθμό των συνδέσμων που δημιουργείτε με τους γείτονές σας: οι διπλοί σύνδεσμοι (=) αξίζουν δύο και οι τριπλοί σύνδεσμοι αξίζουν τρεις (≡).

- Τέλος, μετρήστε τον αριθμό των μη συμμετεχόντων ηλεκτρονίων, τα οποία μπορούν εύκολα να παρατηρηθούν με τις δομές του Lewis.

Παραλλαγές του υπολογισμού σύμφωνα με τη δομή

Δεδομένης της γραμμικό μόριο Α-Β-C-D, τα τυπικά φορτία για κάθε άτομο μπορεί να ποικίλει εάν η δομή, για παράδειγμα, είναι τώρα γράφεται ως: Β-Ο-Α-ϋ, C-Α-Β-D, A-C-D-Β, κ.λπ. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι υπάρχουν άτομα τα οποία, μοιράζοντας περισσότερα ηλεκτρόνια (σχηματίζοντας περισσότερους δεσμούς), αποκτούν θετικά ή αρνητικά CF.

Έτσι, ποια από τις τρεις πιθανές μοριακές δομές αντιστοιχεί στην ένωση ABCD; Η απάντηση είναι: μία που έχει γενικά τις χαμηλότερες τιμές CF, επίσης, εκείνη που αποδίδει τα αρνητικά φορτία (-) στα πιο ηλεκτροαρνητικά άτομα.

Αν τα C και D είναι πιο ηλεκτροαρνητικά από τα Α και Β, τότε μοιράζοντας περισσότερα ηλεκτρόνια αποκτούν κατά συνέπεια θετικά επίσημα φορτία (όπως φαίνεται από έναν μνημονικό κανόνα).

Έτσι, η πιο σταθερή δομή, και η πιο ευνοημένη από την ενέργεια, είναι η C-A-B-D, αφού στην περίπτωση αυτή τόσο η C όσο και η B σχηματίζουν μόνο έναν σύνδεσμο. Από την άλλη πλευρά, η δομή A-B-C-D και εκείνες που έχουν C ή Β που σχηματίζουν δύο δεσμούς (-C- ή -D-), είναι πιο ασταθείς.

Ποια από τις δομές είναι η πιο ασταθής; Α-C-D-B, επειδή όχι μόνο C και D είναι δύο συνδέσεις, αλλά επίσης και τυπικές αρνητικά φορτία τους (-) είναι γειτονικά μεταξύ τους, περαιτέρω αποσταθεροποίηση της δομής.

Παραδείγματα επίσημων υπολογισμών χρέωσης

BF₄^- (ιόν τετραφθοροβορικού)

Το άτομο βορίου περιβάλλεται από τέσσερα άτομα φθορίου. Δεδομένου ότι το Β ανήκει στην ομάδα ΙΙΙΑ (13) στερείται μη κοινόχρηστα ηλεκτρόνια και σχηματίζει τέσσερις ομοιοπολικούς δεσμούς, το CF του είναι (3-4-0 = -1). Σε αντίθεση με το F, στοιχείο της ομάδας VIIA (17), το CF του είναι (7-6-1 = 0).

Για να προσδιοριστεί το φορτίο του ιόντος ή του μορίου, αρκεί να προσθέσουμε τα μεμονωμένα CF των ατόμων που το συνθέτουν: (1 (-1) + 4 (0) = -1).

Ωστόσο, το CF για το Β δεν έχει πραγματικό νόημα. δηλαδή, η υψηλότερη ηλεκτρονική πυκνότητα δεν ανήκει σε αυτό. Στην πραγματικότητα, αυτή η ηλεκτρονική πυκνότητα κατανέμεται στα τέσσερα άτομα του F, ένα πολύ πιο ηλεκτροαρνητικό στοιχείο από το Β.

BeH₂ (Υδρίδιο του βηρυλλίου)

Το άτομο του βηρυλλίου ανήκει στην ομάδα ΙΙΑ (2), σχηματίζει δύο δεσμούς και στερείται, πάλι, μη κοινόχρηστα ηλεκτρόνια. Έτσι, τα CF για Be και H είναι:

CF_{Να είστε}= 2-2-0 = 0

CF_H= 1-1-0 = 0

Φόρτωση BeH₂= 1 (0) + 2 (0) = 0

CO (μονοξείδιο του άνθρακα)

Η δομή του Lewis μπορεί να αναπαρασταθεί ως: C = O: (αν και έχει άλλες δομές συντονισμού). Επαναλαμβάνοντας τον υπολογισμό CF, αυτή τη φορά για τον C (από την ομάδα ΦΠΑ) και τον O (από την ομάδα VIA), έχουμε:

CF_Γ= 4-3-2 = -1

CF_Ο= 6-3-2 = +1

Αυτό είναι ένα παράδειγμα όπου οι επίσημες χρεώσεις δεν είναι σύμφωνες με τη φύση των στοιχείων. Το O είναι πιο ηλεκτροαρνητικό από το C και επομένως δεν πρέπει να έχει θετικό αποτέλεσμα.

Οι άλλες δομές (C = O και ⁽⁺⁾C-O^(-)), αν και συμμορφώνονται με τη συνεπή κατανομή των χρεώσεων, δεν συμμορφώνονται με τον κανόνα των οκτάδων (Ο έχει λιγότερα από οκτώ ηλεκτρόνια σθένους).

NH₄⁺ (ιόν αμμωνίου), ΝΗ₃ και ΝΗ₂^- (ιόν αμιδίου)

ενώ περισσότερα ηλεκτρόνια μοιράζονται το Ν, πιο θετικό είναι το CF του (μέχρι το ιόν αμμωνίου, δεδομένου ότι δεν διαθέτει ενεργειακή διαθεσιμότητα για να σχηματίσει πέντε δεσμούς).

Εφαρμόζοντας επίσης τους υπολογισμούς για το Ν στο ιόν αμμωνίου, την αμμωνία και το αμιδίου ιόν, έχουμε τότε:

CF = 5-4-0 = +1 (ΝΗ₄⁺)

CF = 5-3-2 = 0 (ΝΗ₃)

Και τελικά:

CF = 5-2-4 = -1 (ΝΗ₂^-)

Δηλαδή, στο NH₂^- το N έχει τέσσερα ηλεκτρόνια που δεν μοιράζονται και μοιράζεται όλα όταν σχηματίζει το NH₄⁺. Το CF για το Η ισούται με 0 και επομένως ο υπολογισμός του εξοικονομείται.

Αναφορές

1. James. (2018). Μια βασική δεξιότητα: Πώς να υπολογίσετε την επίσημη χρέωση. Ανακτήθηκε στις 23 Μαΐου 2018, από: masterorganicchemistry.com
2. Δρ Ian Hunt. Τμήμα Χημείας, Πανεπιστήμιο του Κάλγκαρι. Επίσημες χρεώσεις. Ανακτήθηκε στις 23 Μαΐου 2018, από: chem.ucalgary.ca
3. Επίσημες χρεώσεις. [PDF] Ανακτήθηκε στις 23 Μαΐου 2018, από: chem.ucla.edu
4. Jeff D. Cronk. Τυπική χρέωση. Ανακτήθηκε στις 23 Μαΐου 2018, από: guweb2.gonzaga.edu
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Χημεία (8η έκδοση). CENGAGE Learning, σελ. 268-270.
6. Shiver & Atkins. (2008). Ανόργανη χημεία (Τέταρτη έκδοση, σελίδα 38). Mc Graw Hill.
7. Μόνικα Γκονζάλες (10 Αυγούστου 2010). Τυπική φόρτωση. Ανακτήθηκε στις 23 Μαΐου 2018, από: quimica.laguia2000.com