Formula di carico formale, come calcolarla ed esempi



il carica formale (CF) è quello che viene assegnato a un atomo di una molecola o ione, che consente di spiegare le sue strutture e proprietà chimiche a seconda di esso. Questo concetto implica la considerazione del carattere massimo della covalenza nel collegamento A-B; cioè, la coppia di elettroni è equamente divisa tra A e B.

Per capire 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 vede, nell'intersezione dei cerchi si forma un collegamento con la coppia ":". In questa molecola eteronucleare, se A e B hanno le stesse elettronegatività, la coppia ":" rimane equidistante sia per A che per B.

Tuttavia, poiché due atomi diversi non possono avere proprietà identiche, la coppia ":" è attratta da quella che è più elettronegativa. In questo caso, se A è più elettronegativo di B, la coppia ":" è più vicina ad A che a B. L'opposto si verifica quando B è più elettronegativo di A, avvicinandosi ora ":" a B.

Quindi, per assegnare le cariche formali ad A e B, è necessario considerare il primo caso (quello sopra l'immagine). Se il legame puramente covalente A-B fosse rotto, si verificherebbe una rottura omolitica, generando i radicali liberi A · e · B.

indice

  • 1 Benefici qualitativi dell'uso del carico formale
  • 2 Formula e come calcolarlo
    • 2.1 Variazioni del calcolo in base alla struttura
  • 3 Esempi di calcoli di addebito formali
    • 3.1 BF4- (ione tetrafluoroborato)
    • 3.2 BeH2 (berillio idruro)
    • 3,3 CO (monossido di carbonio)
    • 3.4 NH4 + (ione ammonio), NH3 e NH2- (ione ammidico)
  • 4 riferimenti

Benefici qualitativi dell'impiego di merci formali

Gli elettroni non sono fissi, come nell'esempio precedente, ma viaggiano e vengono persi dagli atomi della molecola o dello ione. Se si tratta di una molecola biatomica, è noto che la coppia ":" deve essere condivisa o vagante tra entrambi gli atomi; lo stesso accade in una molecola di tipo A-B-C, ma con maggiore complessità.

Tuttavia, studiando un atomo e assumendo una covalenza al cento per cento nei suoi legami, è più facile stabilire se guadagna o perde elettroni all'interno del composto. Per determinare questo guadagno o perdita, il suo stato di base o lo stato libero deve essere confrontato con il suo ambiente elettronico.

In questo modo, è possibile assegnare una carica positiva (+) se l'atomo perde un elettrone, o una carica negativa (-) quando, al contrario, guadagna un elettrone (i segni devono essere scritti all'interno di un cerchio).

Pertanto, sebbene gli elettroni non possano essere localizzati esattamente, queste cariche formali (+) e (-) nelle strutture si conformano nella maggior parte dei casi alle proprietà chimiche previste.

Cioè, la carica formale di un atomo è strettamente correlata alla geometria molecolare del suo ambiente e alla sua reattività all'interno del composto.

Formula e come calcolarlo

Le spese formali vengono assegnate arbitrariamente? La risposta è no. Per questo, il guadagno o la perdita di elettroni devono essere calcolati assumendo dei legami puramente covalenti e ciò si ottiene attraverso la seguente formula:

CF = (numero del gruppo di atomi) - (numero di collegamenti che forma) - (numero di elettroni non condivisi)

Se l'atomo ha una CF con un valore di +1, gli viene assegnata una carica positiva (+); mentre se ha una CF con un valore di -1, viene quindi assegnato un addebito negativo (-).

Per calcolare correttamente la CF, è necessario seguire i seguenti passaggi:

- Individua in quale gruppo l'atomo si trova all'interno della tavola periodica.

- Contare il numero di collegamenti che si formano con i vicini: i doppi collegamenti (=) valgono due e i collegamenti tripli valgono tre (≡).

- Infine, conta il numero di elettroni non condivisi, che possono essere facilmente osservati con le strutture di Lewis.

Variazioni del calcolo in base alla struttura

Data la molecola lineare A-B-C-D, le cariche formali per ogni atomo possono variare se la struttura, per esempio, ora è scritta come: B-C-A-D, C-A-B-D, A-C-D-B, ecc. Questo perché ci sono atomi che, condividendo più elettroni (formando più legami), acquisiscono CF positivi o negativi.

Quindi, quale delle tre possibili strutture molecolari corrisponde al composto ABCD? La risposta è: una che generalmente ha i valori CF più bassi; inoltre, quello che assegna le cariche negative (-) agli atomi più elettronegativi.

Se C e D sono più elettronegativi di A e B, quindi condividendo più elettroni acquisiscono conseguentemente cariche formali positive (viste da una regola mnemonica).

Pertanto, la struttura più stabile e quella più favorita dall'energia è C-A-B-D, poiché in questo entrambi C e B formano solo un collegamento. D'altra parte, la struttura A-B-C-D e quelli che hanno C o B che formano due legami (-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 legami, ma anche le loro cariche formali negative (-) sono adiacenti l'una all'altra, destabilizzando ulteriormente la struttura.

Esempi di calcoli di addebito formali

BF4- (ione tetrafluoroborato)

L'atomo di boro è circondato da quattro atomi di fluoro. Dato che B appartiene al gruppo IIIA (13) manca di elettroni non condivisi e forma quattro legami covalenti, la sua CF è (3-4-0 = -1). In contrasto con la F, elemento del gruppo VIIA (17), la sua CF è (7-6-1 = 0).

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

Tuttavia, CF per B non ha un significato reale; cioè, la più alta densità elettronica non risiede su questo. In realtà, questa densità di elettroni è distribuita ai quattro atomi di F, un elemento molto più elettronegativo di B.

BEH2 (Idruro di berillio)

L'atomo di berillio appartiene al gruppo IIA (2), forma due legami e manca, ancora, elettroni non condivisi. Pertanto, i CF per Be e H sono:

CFessere= 2-2-0= 0

CFH= 1-1-0= 0

Carica BeH2= 1(0) + 2(0)= 0

CO (monossido di carbonio)

La sua struttura di Lewis può essere rappresentata come: C≡O: (sebbene abbia altre strutture di risonanza). Ripetendo il calcolo CF, questa volta per la C (dal gruppo IVA) e la O (dal gruppo VIA), abbiamo:

CFC= 4-3-2= -1

CFO= 6-3-2= +1

Questo è un esempio in cui le tariffe formali non sono conformi alla natura degli elementi. La O è più elettronegativa della C e, quindi, non dovrebbe portarne una positiva.

Le altre strutture (C = O e (+)C-O(-)), pur rispettando la coerente ripartizione delle tariffe, non rispettano la regola dell'ottetto (C ha meno di otto elettroni di valenza).

NH4+ (ammonio ionico), NH3 e NH2- (ammide)

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

Applicando anche i calcoli per la N nello ione ammonio, l'ammoniaca e lo ione amiduro, abbiamo quindi:

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+. Il CF per H è uguale a 0 e, quindi, il loro calcolo viene salvato.

riferimenti

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  2. Dr. Ian Hunt. Dipartimento di Chimica, Università di Calgary. Spese formali. Estratto il 23 maggio 2018 da: chem.ucalgary.ca
  3. Spese formali. [PDF]. Estratto il 23 maggio 2018 da: chem.ucla.edu
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  6. Shiver e Atkins. (2008). Chimica inorganica (Quarta edizione., Pagina 38). Mc Graw Hill.
  7. Monica Gonzalez (10 agosto 2010). Caricamento formale Estratto il 23 maggio 2018 da: quimica.laguia2000.com