מטען רשמי: נוסחה, כיצד לחשב אותה ודוגמאות - כִּימִיָה - 2025

המטען פורמאלי (CF) הוא אחת כי מוקצית אטום של מולקולה או יון, אשר מאפשרת להסביר את המבנים שלה ועל תכונות כימיות מבוססות על זה. תפיסה זו מרמזת על התחשבות באופי המרבי של הקואוולנציה באג"ח א.ב. כלומר, זוג האלקטרונים משותף באופן שווה בין A ל B.

להבנת האמור לעיל, התמונה למטה מציגה שני אטומים מקושרים: האחד המיועד לאות A והשני עם האות B. כפי שניתן לראות, ביירוט המעגלים נוצר קשר עם הצמד ":". במולקולה הטרו-גרענית זו, אם ל- A ו- B יש אלקטרונים-מידות שווים, הצמד ":" נשאר שווה משני A ו- B.

עם זאת, מכיוון ששני אטומים שונים אינם יכולים להיות בעלי תכונות זהות, הזוג ":" נמשך לזו שהיא אלקטרונית יותר. במקרה זה, אם A הוא אלקטרונגטיבי יותר מ- B, הצמד ":" קרוב יותר ל- A מאשר ל- B. ההפך מתרחש כאשר B הוא יותר אלקטרונגטיבי מ- A, עכשיו מתקרב ":" ל- B.

לכן, כדי להקצות את המטענים הרשמיים הן ל- A והן ל B, יש לקחת בחשבון את המקרה הראשון (זה בראש התמונה). אם הקשר ה- קוולנטי בלבד היה מתפרק, הייתה מתרחשת שבר הומוליטי שיוצר את הרדיקלים החופשיים A · ו- · B.

היתרונות האיכותיים של השימוש במטען פורמלי

האלקטרונים אינם קבועים, כמו בדוגמה הקודמת, אלא נעים ואבדים דרך האטומים של המולקולה או היון. אם מדובר במולקולה דיאטומית, ידוע כי יש לחלוק את הזוג ":" או לשוטט בו בין שני האטומים; אותו דבר קורה במולקולה מסוג ABC, אך עם מורכבות רבה יותר.

עם זאת, כאשר בוחנים אטום ומניחים קובלנס של מאה אחוז בקשרים שלו, קל יותר לקבוע אם הוא מרוויח או מאבד אלקטרונים בתוך המתחם. כדי לקבוע רווח או הפסד זה, יש להשוות את מצב הבסיס או החופש שלך לסביבה האלקטרונית שלך.

בדרך זו ניתן להקצות מטען חיובי (+) אם האטום מאבד אלקטרון, או מטען שלילי (-) כאשר להפך, הוא משיג אלקטרון (יש לכתוב את הסימנים בתוך מעגל).

לפיכך, למרות שלא ניתן לאתר אלקטרונים במדויק, המטענים הרשמיים (+) ו- (-) על מבנים תואמים ברוב המקרים לתכונות הכימיות הצפויות.

כלומר המטען הפורמלי של אטום קשור קשר הדוק לגיאומטריה המולקולרית של סביבתו והתגובה שלו בתוך המתחם.

נוסחה וכיצד לחשב אותה

האם חיובים רשמיים מוקצים באופן שרירותי? התשובה היא לא. לשם כך, יש לחשב את הרווח או ההפסד של אלקטרונים בהנחה של קשרים קוולנטיים גרידא, והדבר מושג באמצעות הנוסחה הבאה:

CF = (מספר קבוצה של האטום) - (מספר הקשרים שהוא יוצר) - (מספר אלקטרונים לא משותפים)

אם לאטום יש CF עם ערך +1, מוקצים לו מטען חיובי (+); בעוד שאם יש לך CF עם ערך -1, אזי מוקצה מטען שלילי (-).

כדי לחשב נכון את ה- CF, יש לבצע את הצעדים הבאים:

- מצא באיזו קבוצה נמצא האטום בטבלה המחזורית.

- ספרו את מספר האג"ח שהיא יוצרת עם שכניה: אג"ח כפול (=) שווה שניים ואג"ח משולשת שווה שלוש (≡).

- לבסוף, ספר את מספר האלקטרונים הלא משותפים, שניתן לראות בקלות באמצעות מבני לואיס.

וריאציות חישוב בהתאם למבנה

בהתחשב במולקולה הלינארית ABCD, המטענים הפורמליים עבור כל אטום יכולים להשתנות אם המבנה, למשל, כתוב כעת כ- BCAD, CABD, ACDB וכו '. הסיבה לכך היא שישנם אטומים שעל ידי שיתוף יותר אלקטרונים (יצירת קשרים רבים יותר) הם רוכשים CFs חיובי או שלילי.

אז איזה משלושת המבנים המולקולריים האפשריים מתאים לתרכובת ABCD? התשובה היא: זה שיש לו בדרך כלל את ערכי ה- CF הנמוכים ביותר; כמו כן, זה שמקצה מטענים שליליים (-) לאטומים האלקטרונגטיביים ביותר.

אם C ו- D הם אלקטרוניים יותר מ- A ו- B, אז על ידי שיתוף יותר אלקטרונים הם כתוצאה מכך משיגים מטענים פורמליים חיוביים (נראים מכלל ממנומוני).

לפיכך, המבנה היציב ביותר, והעדיף ביותר מבחינה אנרגטית, הוא CABD, מכיוון שבזה זה C וגם B מהווים קשר אחד בלבד. מצד שני, מבנה ABCD ואלה שיש להם C או B היוצרים שני קשרים (–C- או –D–), אינם יציבים יותר.

איזה מכל המבנים הוא הכי לא יציב? ACDB, מכיוון שלא רק C ו- D יוצרים שני קשרים, אלא גם המטענים השליליים הפורמליים שלהם (-) צמודים זה לזה, מה שמערער עוד יותר את המבנה.

דוגמאות לחישובי עומס רשמיים

BF

אטום הבורון מוקף בארבעה אטומי פלואור. מכיוון ש- B שייכת לקבוצה IIIA (13) היא חסרה אלקטרונים לא משותפים ויוצרת ארבעה קשרים קוולנטים, ה- CF שלה הוא (3-4-0 = -1). לעומת זאת, עבור F, מרכיב מקבוצת VIIA (17), ה- CF שלו הוא (7-6-1 = 0).

כדי לקבוע את המטען של היון או המולקולה, די להוסיף את ה- CF האינדיבידואלי של האטומים המרכיבים אותו: (1 (-1) + 4 (0) = -1).

עם זאת, ל- CF עבור B אין שום משמעות אמיתית; כלומר צפיפות האלקטרונים הגבוהה ביותר אינה שוכנת עליו. במציאות, צפיפות האלקטרונים הזו מופצת לכיוון ארבעת האטומים של F, אלמנט הרבה יותר אלקטרוני מאשר B.

בה

אטום הבריליום שייך לקבוצה IIA (2), יוצר שני קשרים וחסר, שוב, אלקטרונים לא משותפים. לפיכך, ה- CFs עבור Be ו- H הם:

CF _Be = 2-2-0 = 0

CF _H = 1-1-0 = 0

טען BeH ₂ = 1 (0) + 2 (0) = 0

CO (פחמן חד חמצני)

ניתן לייצג את מבנה לואיס כ- CO: (למרות שיש לו מבני תהודה אחרים). חוזרים על חישוב CF, הפעם עבור C (מקבוצה IVA) ו- O (מקבוצה VIA), יש לנו:

CF _C = 4-3-2 = -1

CF _O = 6-3-2 = +1

זו דוגמה שבה המטענים הרשמיים אינם תואמים את אופי האלמנטים. O הוא אלקטרונגטיבי יותר מ- C ולכן לא צריך לשאת חיובי.

המבנים האחרים (C = O ו- ⁽⁺⁾ CO ^(-) ), למרות שהם עומדים בהקצאת המטענים הקוהרנטית, אינם עומדים בכלל השמינייה (ל- C יש פחות משמונה אלקטרונים של ערכי ערך).

NH

ככל שיותר אלקטרונים חולקים N, חיובי הוא ה- CF שלו (אפילו יון האמוניום, מכיוון שאין לו זמינות אנרגטית ליצירת חמישה קשרים).

באותה מידה של יישום החישובים עבור ה- N ביון האמוניום, האמוניה והאמיד, יש לנו אז:

CF = 5-4-0 = +1 (NH ₄ ⁺ )

CF = 5-3-2 = 0 (NH ₃ )

ולבסוף:

CF = 5-2-4 = -1 (NH ₂ ^- )

כלומר, ב- NH ₂ ^- N יש ארבעה אלקטרונים לא משותפים, והיא חולקת את כולם כאשר היא יוצרת NH ₄ ⁺ . ה- CF של ה- H שווה ל 0 ולכן החישוב שלך נשמר.

הפניות

1. ג'יימס. (2018). מיומנות מרכזית: כיצד לחשב חיוב רשמי. הוחזר ב- 23 במאי 2018, מ: masterorganicchemistry.com
2. ד"ר איאן האנט. המחלקה לכימיה, אוניברסיטת קלגרי. חיובים רשמיים. הוחזר ב- 23 במאי 2018, מ: chem.ucalgary.ca
3. חיובים רשמיים. . הוחזר ב- 23 במאי 2018, מ: chem.ucla.edu
4. ג'ף ד. קרונק. מטען רשמי. הוחזר ב- 23 במאי 2018, מ: guweb2.gonzaga.edu
5. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. כִּימִיָה. (מהדורה 8). לימוד CENGAGE, עמ '268-270.
6. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (מהדורה רביעית. עמ '38). מק גריי היל.
7. מוניקה גונזלס. (10 באוגוסט 2010). מטען רשמי. הוחזר ב- 23 במאי 2018, מ: quimica.laguia2000.com