تحميل رسمي: الصيغة ، وكيفية حساب والأمثلة
الشحنة الرسمية (CF) هي تلك التي يتم تعيينها لذرة جزيء أو أيون ، والذي يسمح بتفسير بنيتها وخصائصها الكيميائية التي تعتمد عليها. يتضمن هذا المفهوم النظر في الحد الأقصى لطابع التساهل في الرابط AB ؛ بمعنى ، يتم مشاركة زوج الإلكترونات بالتساوي بين A و B.
لفهم ما ورد أعلاه في الصورة السفلية ، تظهر ذرتان مرتبطتان: واحدة مخصصة بالحرف A والأخرى بالحرف B. كما يمكن رؤيته ، في تقاطع الدوائر ، يتم تشكيل رابط مع الزوج ":". في هذا الجزيء النووي المغاير ، إذا كان A و B لهما نفس الكهربية ، فإن الزوج ":" يظل متساوياً لكل من A و B.
ومع ذلك ، نظرًا لأن ذرتين مختلفتين لا يمكن أن يكون لهما خواص متطابقة ، ينجذب الزوج ":" إلى ذرة أكثر كهربيًا. في هذه الحالة ، إذا كان A أكثر كهربيًا من B ، يكون الزوج ":" أقرب إلى A من B. يحدث العكس عندما تكون B أكثر electronegative من A ، تقترب الآن ":" إلى B.
ثم ، لتخصيص الرسوم الرسمية لكل من A و B ، من الضروري النظر في الحالة الأولى (الحالة أعلاه الصورة). إذا تعطلت الرابطة AB التساهمية البحتة ، يحدث انقطاع متواضع ، مما يولد الجذور الحرة A · و B.
الفوائد النوعية لاستخدام البضائع الرسمية
الإلكترونات ليست ثابتة ، كما في المثال السابق ، لكنها تتحرك وتفقدها ذرات الجزيء أو الأيونات. إذا كان الجزيء ثنائي الذرة فمن المعروف أن الزوج ":" يجب أن يكون مشتركًا أو يتجول بين الذرتين ؛ يحدث الشيء نفسه في جزيء من نوع ABC ، ولكن مع تعقيد أكبر.
ومع ذلك ، فمن خلال دراسة الذرة وافتراض وجود تساهل بنسبة 100 في المائة في روابطها ، يكون من الأسهل تحديد ما إذا كانت تكتسب أو تفقد الإلكترونات داخل المركب. لتحديد هذا الربح أو الخسارة ، يجب مقارنة خط الأساس أو الحالة الحرة ببيئتك الإلكترونية.
بهذه الطريقة ، يمكن تعيين شحنة موجبة (+) إذا فقدت الذرة إلكترونًا أو شحنة سالبة (-) عندما ، على العكس من ذلك ، اكتسبت إلكترونًا (يجب كتابة العلامات داخل دائرة).
وبالتالي ، على الرغم من أنه لا يمكن تحديد موقع الإلكترونات بالضبط ، فإن هذه الشحنات الرسمية (+) و (-) في الهياكل يتم تعديلها في معظم الحالات وفقًا للخصائص الكيميائية المتوقعة.
وهذا يعني أن الشحنة الرسمية للذرة ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالهندسة الجزيئية لبيئتها وتفاعلها داخل المركب.
الصيغة وكيفية حسابها
هل يتم تعيين التهم الرسمية بشكل تعسفي؟ الجواب هو لا. لهذا ، يجب حساب كسب أو فقدان الإلكترونات على افتراض روابط تساهمية بحتة ، ويتم تحقيق ذلك من خلال الصيغة التالية:
CF = (رقم مجموعة الذرة) - (عدد الروابط التي تشكلها) - (عدد الإلكترونات التي لم تتم مشاركتها)
إذا كانت الذرة تحتوي على CF بقيمة +1 ، فسيتم تعيين شحنة موجبة (+) ؛ بينما إذا كان لديك CF بقيمة -1 ، فسيتم تعيين شحنة سالبة (-).
لحساب CF بشكل صحيح ، يجب اتباع الخطوات التالية:
- حدد في أي مجموعة تقع الذرة داخل الجدول الدوري.
- حساب عدد الروابط التي تشكلها مع جيرانك: الروابط المزدوجة (=) تساوي اثنين والروابط الثلاثية تساوي ثلاثة (≡).
- أخيرًا ، احسب عدد الإلكترونات غير المشتركة ، والتي يمكن ملاحظتها بسهولة باستخدام هياكل لويس.
الاختلافات في الحساب وفقا للهيكل
بالنظر إلى الجزيء الخطي ABCD ، يمكن أن تختلف الشحنات الرسمية لكل ذرة إذا كان الهيكل ، على سبيل المثال ، مكتوبًا الآن كـ: BCAD ، CABD ، ACDB ، إلخ. هذا لأن هناك ذرات ، من خلال مشاركة المزيد من الإلكترونات (تكوين المزيد من الروابط) ، تكتسب CF إيجابية أو سلبية.
لذلك ، أي من التركيبات الجزيئية الثلاثة الممكنة يتوافق مع المركب ABCD؟ الجواب هو: واحد يحتوي على أدنى قيم CF ؛ أيضا ، الذي يعين الشحنات السلبية (-) إلى الذرات الأكثر electronegative.
إذا كانت C و D أكثر إلكترونياً من A و B ، فعندئذٍ عن طريق مشاركة المزيد من الإلكترونات ، فإنها تحصل بالتالي على شحنة رسمية موجبة (تُرى من قاعدة ذاكري).
وبالتالي ، فإن الهيكل الأكثر استقرارًا والأكثر كفاءة في استخدام الطاقة هو CABD ، لأنه في هذه الحالة ، يشكّل C و B رابطًا واحدًا فقط. من ناحية أخرى ، فإن بنية ABCD وتلك التي تحتوي على C أو B رابطتين (-C- أو -D-) أكثر غير مستقرة.
أي من جميع الهياكل هو الأكثر استقرارا؟ ACDB ، لأنه ليس فقط C و D يشكلان رابطين ، ولكن أيضًا تهمهما الرسمية السلبية (-) متجاورة مع بعضهما البعض ، مما يزيد من زعزعة استقرار الهيكل.
أمثلة على حسابات الرسوم الرسمية
BF 4 - (أيون رباعي الفلور)
يحيط ذرة البورون بأربع ذرات فلورية. بالنظر إلى أن B تنتمي إلى المجموعة IIIA (13) تفتقر إلى الإلكترونات غير المشتركة وتشكل أربعة روابط تساهمية ، تكون CF الخاصة بها (3-4-0 = -1). من ناحية أخرى ، بالنسبة للعنصر F من المجموعة VIIA (17) ، تكون CF في (7-6-1 = 0).
لتحديد شحنة أيون أو جزيء ، يكفي إضافة CFs الفردية للذرات التي يتكون منها: (1 (-1) + 4 (0) = -1).
ومع ذلك ، فإن CF لـ B ليس لها معنى حقيقي ؛ وهذا هو ، أعلى كثافة الإلكترونية لا تكمن في هذا. في الواقع ، يتم توزيع هذه الكثافة الإلكترونية على ذرات F الأربعة ، وهو عنصر إلكترون أكثر بكثير من B.
BeH 2 (هيدريد البريليوم)
تنتمي ذرة البريليوم إلى المجموعة IIA (2) ، وتكوِّن رابطة اثنين وتفتقر ، مرة أخرى ، إلى الإلكترونات غير المشتركة. وبالتالي ، فإن CFs ل Be و H هي:
CF كن = 2-2-0 = 0
CF H = 1-1-0 = 0
تحميل BeH 2 = 1 (0) + 2 (0) = 0
ثاني أكسيد الكربون (أول أكسيد الكربون)
يمكن تمثيل هيكل Lewis الخاص به كـ: C≡O: (على الرغم من أنه يحتوي على هياكل صدى أخرى). تكرار حساب CF ، هذه المرة لـ C (من مجموعة ضريبة القيمة المضافة) و O (من مجموعة VIA) ، لدينا:
CF C = 4-3-2 = -1
CF O = 6-3-2 = +1
هذا مثال حيث لا تتفق الرسوم الرسمية مع طبيعة العناصر. يكون O أكثر كهربيًا من C ، وبالتالي ، يجب ألا يحمل موجبًا.
الهياكل الأخرى (C = O و (+) CO (-)) ، بينما تمتثل للتخصيص المتسق للتهم ، لا تمتثل لقاعدة الثمانيات (C لديها أقل من ثمانية إلكترونات التكافؤ).
NH 4 + (أيون الأمونيوم) ، NH 3 و NH 2 - (أميد أيون)
وكلما زاد عدد الإلكترونات التي تشترك فيها N ، كلما كانت CF أكثر إيجابية (حتى أيون الأمونيوم ، لأنه لا يوجد لديه طاقة لتكوين خمس روابط).
وبتطبيق الحسابات الخاصة بـ N في أيون الأمونيوم والأمونيا والأيون الأوسط أيضًا ، لدينا:
CF = 5-4-0 = +1 (NH 4 +)
CF = 5-3-2 = 0 (NH 3 )
وأخيرا:
CF = 5-2-4 = -1 (NH 2 -)
وهذا يعني ، في NH 2 - N أربعة إلكترونات غير مشتركة ، وتشارك جميعًا عندما تشكل NH 4 +. قيمة CF لـ H تساوي 0 ، وبالتالي ، يتم حفظ حسابها.
