Charge formelle

Quelle est la charge formelle?

La Charge formelle (Cf) est celle qui est affectée à un atome d'une molécule ou d'un ion, ce qui permet d'expliquer ses structures et ses propriétés chimiques en fonction de cela. Ce concept implique la considération du caractère maximal de la covalence dans la liaison A-B; c'est-à-dire que la paire d'électrons est partagée également entre a et b.

Pour comprendre ce qui précède dans l'image inférieure, deux atomes liés sont indiqués: l'un désigné avec la lettre A et l'autre avec la lettre B. Comme on peut le voir, dans l'interception des cercles, un lien avec la paire se forme ":". Dans cette molécule hétéronucléaire, si A et B ont des électronégativités égales le couple ":" reste équidistant à la fois A et B.

Cependant, étant donné que deux atomes différents ne peuvent pas avoir de propriétés identiques, la paire ":" est attirée à laquelle il est plus électronégatif. Dans ce cas, si A est plus électronégatif que B, la paire «:» est plus proche de celle de B. L'inverse se produit lorsque B est plus électronégatif que A, s'approchant maintenant ":" A B.

Ensuite, pour attribuer des charges formelles A et B, il est nécessaire de considérer le premier cas (celui au-dessus de l'image). Si la liaison purement covalente A-B était en panne, une rupture homolitique se produirait, générant des radicaux libres A · et ·.

Avantages qualitatifs de l'utilisation de la charge formelle

Les électrons ne sont pas fixes, comme dans l'exemple précédent, mais ils voyagent et sont perdus par les atomes de la molécule ou de l'ion. S'il s'agit d'une molécule diatomique, il est connu que la paire «:» doit être partagée ou errant entre les deux atomes; La même chose se produit dans une molécule de type A-B-C, mais avec une plus grande complexité.

Cependant, lorsqu'un atome est étudié et supposent une covalence à cent pour cent dans ses liens, il est plus facile de déterminer si dans le composé gagne ou perd des électrons. Pour déterminer ce gain ou cette perte, votre état basal ou libre doit être comparé à votre environnement électronique.

De cette façon, il est possible d'attribuer une charge positive (+) si l'atome perd un électron, ou une charge négative (-) lorsque, au contraire, un électron gagne (les signes doivent être écrits à l'intérieur d'un cercle).

Ainsi, bien que les électrons ne puissent pas être situés exactement, ces charges formelles (+) et (-) dans les structures sont ajustées dans la plupart des cas aux propriétés chimiques attendues.

C'est-à-dire que la charge formelle d'un atome est étroitement liée à la géométrie moléculaire de son environnement et de sa réactivité dans le composé.

Formule et comment le calculer

Sont des charges formelles arbitrairement assignées? La réponse est non. Pour cela, le gain ou la perte d'électrons doit être calculé en supposant des liaisons purement covalentes, et cela est réalisé grâce à la formule suivante:

Cf = (numéro de groupe d'atomes) - (nombre de liens qui façonnent) - (nombre d'électrons déballés)

Si l'atome a un CF avec une valeur de +1, une charge positive (+) est attribuée; Alors que si vous avez un CF avec une valeur de -1, il se voit alors une charge négative (-).

Pour calculer correctement la FC, les étapes doivent être suivies ci-dessous:

• Localisez quel groupe est l'atome dans le tableau périodique.
• Comptez le nombre de liens qui se forment avec leurs voisins: les doubles liens (=) valent deux et les triples liens valent trois (≡).
• Enfin, compter le nombre d'électrons non partagés, qui peuvent être facilement observés avec les structures Lewis.

Variations de calcul en fonction de la structure

Étant donné la molécule linéaire A-B-C-D, les charges formelles pour chaque atome peuvent varier si la structure, par exemple, est maintenant écrite comme suit: B-C-A-D, C-A-B-D, A-C-D-B, etc. En effet.

Ainsi, laquelle des trois structures moléculaires possibles correspond au composé ABCD? La réponse est: celle qui possède généralement les valeurs CF les plus basses; Aussi, celui qui attribue des charges négatives (-) aux atomes les plus électronégatifs.

Si C et D sont plus électronégatifs que A et B, alors en partageant plus d'électrons, ils acquièrent par conséquent des charges formelles positives (vues à partir d'une règle mnémonique).

Ainsi, la structure la plus stable, et la plus préférée d'énergie, est C-A-B-D, car en C et B, ils ne forment qu'un seul lien. D'un autre côté, la structure A-B-C-D et celles qui ont un C ou B formant deux liens (-c- ou -d-), sont plus instables.

Laquelle de toutes les structures est la plus instable? A-C-D-B, car non seulement C et D forment deux liens, mais aussi leurs charges formelles négatives (-) sont adjacentes les unes aux autres, déstabilisant davantage la structure.

Exemples de calculs de charge formels

Petit ami₄^- (Ion tétrafluoroborato)

L'atome de bore est entouré de quatre atomes de fluor. Étant donné que le B appartient au groupe IIIA (13) ne manque pas d'électrons partagés et forme quatre liaisons covalentes, son CF est (3-4-0 = -1). Au lieu de cela pour l'élément F, groupe VIIA (17), son CF est (7-6-1 = 0).

Pour déterminer la charge de l'ion ou de la molécule, il suffit d'ajouter les CF individuels des atomes qui le composent: (1 (-1) + 4 (0) = -1).

Cependant, la FC pour B n'a pas de sens réel; C'est, à ce sujet ne réside pas la plus grande densité électronique. En fait, cette densité électronique est distribuée aux quatre atomes F, beaucoup plus d'élément électronégatif que B.

Bel₂ (hydrure de béryllium)

L'atome de béryllium appartient au groupe IIA (2), forme deux liens et manque, encore une fois, d'électrons non partagés. Ainsi, le CF pour le BE et le H sont:

Cf_Être= 2-2-0 = 0

Cf_H= 1-1-0 = 0

Charge de beh₂= 1 (0) + 2 (0) = 0

CO (monoxyde de carbone)

Sa structure Lewis peut être représentée comme: C≡O: (bien qu'elle présente d'autres structures de résonance). Répétant le calcul du CF, cette fois pour le C (du groupe TVA) et le O (du groupe via), vous avez:

Cf_C= 4-3-2 = -1

Cf_SOIT= 6-3-2 = +1

Ceci est un exemple où les charges formelles ne correspondent pas à la nature des éléments. Le ou est plus électronégatif que le C et, par conséquent, ne devrait pas porter un positif.

Les autres structures (c = o et ⁽⁺CO^(-)), bien qu'ils se conforment à l'allocation cohérente des charges, ils ne respectent pas la règle des octets (le C a moins de huit électrons de Valence).

NH₄⁺ (ion ammonium), NH₃ et NH₂^- (Amiduro ion)

Plus les électrons partagent plus, plus son CF est positif (à l'ion ammonium, car il n'a pas de disponibilité énergétique pour former cinq liaisons).

Appliquant également les calculs pour le n ammonium, l'ammoniac et l'ion amiduro, puis ont:

Cf = 5-4-0 = +1 (NH₄⁺)

Cf = 5-3-2 = 0 (nh₃)

Et finalement:

Cf = 5-2-4 = -1 (NH₂^-)

C'est-à-dire dans le NH₂^- Le N a quatre électrons non partagés et partage tout quand il forme le NH₄⁺. CF pour H est égal à 0 et, par conséquent, votre calcul est enregistré.