Tải chính thức: Công thức, Cách tính toán và ví dụ
Điện tích chính thức (CF) là điện tích được gán cho một nguyên tử của phân tử hoặc ion, cho phép giải thích các cấu trúc và tính chất hóa học của nó tùy thuộc vào nó. Khái niệm này ngụ ý việc xem xét đặc tính hóa trị tối đa trong liên kết AB; nghĩa là, cặp electron được chia đều giữa A và B.
Để hiểu ở trên trong hình dưới, hai nguyên tử được hiển thị liên kết: một nguyên tử được chỉ định bằng chữ A và cái kia có chữ B. Như có thể thấy, trong phần chặn của các vòng tròn, một liên kết được hình thành với cặp ":". Trong phân tử dị hợp tử này, nếu A và B có cùng độ âm điện thì cặp ":" vẫn tương đương với cả A và B.
Tuy nhiên, do hai nguyên tử khác nhau không thể có các tính chất giống hệt nhau, nên cặp ":" bị thu hút bởi một nguyên tử có độ âm điện cao hơn. Trong trường hợp này, nếu A có độ âm điện lớn hơn B, thì cặp ":" gần với A hơn B. Điều ngược lại xảy ra khi B có độ âm điện lớn hơn A, đến gần ":" với B.
Sau đó, để gán các khoản phí chính thức cho cả A và B, cần xem xét trường hợp đầu tiên (trường hợp trên hình ảnh). Nếu liên kết AB cộng hóa trị hoàn toàn bị phá vỡ, sự phá vỡ đồng phân xảy ra, tạo ra các gốc tự do A · và · B.
Lợi ích định tính của việc sử dụng hàng hóa chính thức
Các electron không cố định, như trong ví dụ trước, nhưng chúng di chuyển và bị mất bởi các nguyên tử của phân tử hoặc ion. Nếu đó là một phân tử diatomic, người ta biết rằng cặp ":" phải được chia sẻ hoặc đi lang thang giữa cả hai nguyên tử; điều tương tự xảy ra trong một phân tử loại ABC, nhưng với độ phức tạp lớn hơn.
Tuy nhiên, bằng cách nghiên cứu một nguyên tử và giả sử hóa trị một trăm phần trăm trong các liên kết của nó, sẽ dễ dàng hơn để xác định liệu nó có tăng hay giảm electron trong hợp chất hay không. Để xác định mức tăng hoặc giảm này, đường cơ sở hoặc trạng thái tự do của bạn phải được so sánh với môi trường điện tử của bạn.
Theo cách này, có thể gán điện tích dương (+) nếu nguyên tử mất electron hoặc điện tích âm (-) khi trái lại, nó thu được một electron (các dấu hiệu phải được viết bên trong một vòng tròn).
Do đó, mặc dù các electron không thể được định vị chính xác, các điện tích chính thức (+) và (-) trong các cấu trúc trong hầu hết các trường hợp được điều chỉnh theo các tính chất hóa học dự kiến.
Đó là, điện tích chính thức của một nguyên tử có liên quan mật thiết đến hình học phân tử của môi trường và khả năng phản ứng của nó trong hợp chất.
Công thức và cách tính nó
Là phí chính thức được giao tùy ý? Câu trả lời là không. Đối với điều này, việc tăng hoặc giảm electron phải được tính toán với giả định các liên kết cộng hóa trị hoàn toàn và điều này đạt được thông qua công thức sau:
CF = (số nhóm nguyên tử) - (số liên kết mà nó tạo thành) - (số lượng điện tử không được chia sẻ)
Nếu nguyên tử có CF có giá trị +1, thì nó được gán một điện tích dương (+); trong khi đó nếu bạn có CF với giá trị -1, thì bạn được gán một khoản phí âm (-).
Để tính toán chính xác CF, cần tuân thủ các bước sau:
- Xác định vị trí trong đó nhóm nguyên tử nằm trong bảng tuần hoàn.
- Đếm số lượng liên kết bạn tạo với hàng xóm: liên kết đôi (=) có giá trị hai và liên kết ba có giá trị ba (≡).
- Cuối cùng, đếm số lượng electron không chia sẻ, có thể dễ dàng quan sát được với các cấu trúc Lewis.
Biến thể của tính toán theo cấu trúc
Với phân tử tuyến tính ABCD, các điện tích chính thức cho mỗi nguyên tử có thể thay đổi nếu cấu trúc, ví dụ, hiện được viết là: BCAD, CABD, ACDB, v.v. Điều này là do có các nguyên tử, bằng cách chia sẻ nhiều electron hơn (hình thành nhiều liên kết hơn), thu được CF dương hoặc âm.
Vậy, cấu trúc phân tử nào trong ba cấu trúc có thể tương ứng với hợp chất ABCD? Câu trả lời là: một loại thường có giá trị CF thấp nhất; cũng vậy, một trong đó gán các điện tích âm (-) cho các nguyên tử có độ âm điện lớn nhất.
Nếu C và D có độ âm điện lớn hơn A và B, thì bằng cách chia sẻ nhiều electron hơn, do đó chúng thu được các điện tích chính thức dương (nhìn từ quy tắc ghi nhớ).
Do đó, cấu trúc ổn định nhất và tiết kiệm năng lượng nhất là CABD, vì trong trường hợp này cả C và B chỉ có một liên kết. Mặt khác, cấu trúc ABCD và những cấu trúc có C hoặc B tạo thành hai liên kết (-C- hoặc -D-) không ổn định hơn.
Trong số các cấu trúc là không ổn định nhất? ACDB, vì không chỉ C và D tạo thành hai liên kết, mà cả các điện tích chính thức âm (-) của chúng liền kề nhau, làm mất ổn định cấu trúc.
Ví dụ về tính toán phí chính thức
BF 4 - (ion tetrafluorobISE)
Nguyên tử boron được bao quanh bởi bốn nguyên tử flo. Cho rằng B thuộc nhóm IIIA (13) thiếu các electron không chia sẻ và tạo thành bốn liên kết cộng hóa trị, CF của nó là (3-4-0 = -1). Mặt khác, đối với F, phần tử của nhóm VIIA (17), CF của nó là (7-6-1 = 0).
Để xác định điện tích của ion hoặc phân tử, chỉ cần thêm các CF riêng lẻ của các nguyên tử cấu thành nó: (1 (-1) + 4 (0) = -1).
Tuy nhiên, CF cho B không có ý nghĩa thực sự; đó là, mật độ điện tử cao nhất không nằm trong điều này. Trong thực tế, mật độ electron này được phân phối cho bốn nguyên tử F, một nguyên tố có độ âm điện lớn hơn nhiều so với B.
BeH 2 (berili hydrua)
Nguyên tử berili thuộc nhóm IIA (2), tạo thành hai liên kết và thiếu, một lần nữa, các electron không chia sẻ. Do đó, CF cho Be và H là:
CF Be = 2-2-0 = 0
CF H = 1-1-0 = 0
Tải BeH 2 = 1 (0) + 2 (0) = 0
CO (carbon monoxide)
Cấu trúc Lewis của nó có thể được biểu diễn dưới dạng: C≡O: (mặc dù nó có các cấu trúc cộng hưởng khác). Lặp lại tính toán CF, lần này đối với C (từ nhóm VAT) và O (từ nhóm VIA), chúng ta có:
CF C = 4-3-2 = -1
CF O = 6-3-2 = +1
Đây là một ví dụ trong đó các khoản phí chính thức không phù hợp với bản chất của các yếu tố. O có độ âm điện lớn hơn C và do đó, không nên mang điện tích dương.
Các cấu trúc khác (C = O và (+) CO (-)), trong khi tuân thủ sự phân công mạch lạc của các điện tích, không tuân thủ quy tắc bát tử (C có ít hơn tám electron hóa trị).
NH 4 + (ion amoni), NH 3 và NH 2 - (ion amide)
N càng chia nhiều electron, CF của nó càng tích cực (lên tới ion amoni, vì nó không có sẵn năng lượng để tạo thành năm liên kết).
Áp dụng các tính toán cho N trong ion amoni, amoniac và ion amiduro, sau đó chúng ta có:
CF = 5-4-0 = +1 (NH 4 +)
CF = 5-3-2 = 0 (NH 3 )
Và cuối cùng:
CF = 5-2-4 = -1 (NH 2 -)
Nghĩa là, trong NH 2 - N có bốn electron không chia sẻ và chia sẻ tất cả khi nó tạo thành NH 4 +. CF cho H bằng 0 và do đó, tính toán của nó được lưu.
