Formule de charge formelle, comment la calculer et exemples

Le accusation formelle (CF) est celui qui est assigné à un atome d’une molécule ou d’un ion, ce qui permet d’en expliquer les structures et les propriétés chimiques. Ce concept implique la prise en compte 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 bien comprendre ce qui précède dans la figure ci-dessous deux atomes liés sont représentés: un désigné par la lettre A et l'autre avec la lettre B. Comme on le voit, dans la liaison de cercles d'interception est formé par la paire « : ». Dans cette molécule hétéronucléaire, si A et B ont les mêmes électronégativités, le couple ":" reste équidistant à la fois sur A et sur B.

Cependant, deux atomes différents ne pouvant pas avoir des propriétés identiques, le couple ":" est attiré par celui qui est plus électronégatif. Dans ce cas, si A est plus électronégatif que B, le couple ":" est plus proche de A que de B. Le contraire se produit lorsque B est plus électronégatif que A, s'approchant maintenant de ":" à B.

Ensuite, pour attribuer les charges formelles à la fois à A et à B, il est nécessaire de considérer le premier cas (celui au-dessus de l'image). Si la liaison purement covalente A-B était rompue, une décomposition homolytique se produirait, générant les radicaux libres A et B.

Index

• 1 Avantages qualitatifs de l'utilisation de la cargaison formelle
• 2 Formule et comment la calculer
  • 2.1 Variations du calcul selon la structure
• 3 Exemples de calculs de charge formels
  • 3.1 BF4- (ion tétrafluoroborate)
  • 3.2 BeH2 (hydrure de béryllium)
  • 3.3 CO (monoxyde de carbone)
  • 3.4 NH4 + (ion ammonium), NH3 et NH2- (ion amide)
• 4 références

Avantages qualitatifs de l'emploi de fret formel

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. Si c'est une molécule diatomique, on sait que le couple ":" doit être partagé 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, en étudiant un atome et en supposant une covalence à cent pour cent dans ses liaisons, il est plus facile d'établir s'il gagne ou perd des électrons dans le composé. Pour déterminer ce gain ou cette perte, son état initial ou libre doit être comparé à son environnement électronique.

Ainsi, il est possible d'assigner une charge positive (+) si l'atome perd un électron ou un négatif (-) quand, à l'inverse, gagne un électron (les signes doivent être écrits dans un cercle).

Ainsi, bien que les électrons ne puissent pas être localisés exactement, ces charges formelles (+) et (-) dans les structures se conforment 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 à sa réactivité dans le composé.

Formule et comment la calculer

Les accusations formelles sont-elles assignées arbitrairement? La réponse est non. Pour cela, le gain ou la perte d'électrons doit être calculé en supposant des liaisons purement covalentes, et ceci grâce à la formule suivante:

CF = (numéro de groupe d'atomes) - (nombre de liens qu'il forme) - (nombre d'électrons non partagés)

Si l'atome a un CF avec une valeur de +1, une charge positive lui est attribuée (+); alors que si elle a un CF avec une valeur de -1, une charge négative lui est attribuée (-).

Pour calculer correctement le CF, les étapes suivantes doivent être suivies:

- Recherchez dans quel groupe l’atome est situé dans le tableau périodique.

- Comptez le nombre de liens que vous formez avec vos voisins: les liens doubles (=) valent deux et les liens triples valent trois (≡).

- Enfin, comptez le nombre d’électrons non partagés, qui peuvent être facilement observés avec les structures de Lewis.

Variations du calcul selon la structure

Compte tenu de la molécule linéaire A-B-C-D, les charges formelles pour chaque atome peut varier si la structure, par exemple, est maintenant écrit: B-C-A-D, C-A-B-D, A-C-D-B, etc. C'est parce qu'il y a des atomes qui, en partageant plus d'électrons (formant plus de liaisons), acquièrent des CF positifs ou négatifs.

Alors, laquelle des trois structures moléculaires possibles correspond au composé ABCD? La réponse est: celle qui a généralement les valeurs CF les plus faibles; aussi celui qui assigne les charges négatives (-) aux atomes les plus électronégatifs.

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

C-A-B-D est donc la structure la plus stable et la plus favorisée sur le plan énergétique, puisque C et B ne forment qu’un seul lien. En revanche, les structures A-B-C-D et C ou B formant deux liaisons (-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 liaisons, mais aussi leurs charges formelles négatives (-) sont adjacentes, déstabilisant davantage la structure.

Exemples de calculs de charge formels

BF₄^- (ion tétrafluoroborate)

L'atome de bore est entouré de quatre atomes de fluor. Étant donné que B appartient au groupe IIIA (13) sans électrons non partagés et forme quatre liaisons covalentes, sa CF est (3-4-0 = -1). Contrairement à l'élément F du groupe VIIA (17), sa valeur 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, le CF pour B n'a pas de sens réel; c'est-à-dire que la densité électronique la plus élevée n'y réside pas. En réalité, cette densité d'électrons est distribuée aux quatre atomes de F, un élément beaucoup plus électronégatif que B.

BeH₂ (Hydrure de béryllium)

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

CF_Être= 2-2-0= 0

CF_H= 1-1-0= 0

Charger BeH₂= 1(0) + 2(0)= 0

CO (monoxyde de carbone)

Sa structure de Lewis peut être représentée comme suit: C≡O: (bien qu’elle ait d’autres structures de résonance). En répétant le calcul CF, cette fois pour le C (du groupe TVA) et le O (du groupe VIA), nous avons:

CF_C= 4-3-2= -1

CF_O= 6-3-2= +1

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

Les autres structures (C = O et ⁽⁺⁾C-O^(-)), bien qu’ils soient conformes à l’attribution cohérente des charges, ils ne sont pas conformes à la règle de l’octet (C contient moins de huit électrons de valence).

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

plus le nombre d’électrons est élevé, plus la valeur de CF est positive (jusqu’à l’ion ammonium, car il n’ya pas de disponibilité énergétique pour former cinq liaisons).

En appliquant également les calculs pour le N dans l'ion ammonium, l'ammoniac et l'amiduro, on a alors:

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⁺. Le CF pour le H est égal à 0 et, par conséquent, leur calcul est enregistré.

Références

1. James. (2018). Une compétence clé: comment calculer la charge formelle. Récupéré le 23 mai 2018 de: masterorganicchemistry.com
2. Dr. Ian Hunt. Département de chimie, Université de Calgary. Charges Formelles. Extrait le 23 mai 2018 de: chem.ucalgary.ca
3. Frais officiels [PDF] Récupéré le 23 mai 2018 de: chem.ucla.edu
4. Jeff D. Cronk. Charge formelle Récupéré le 23 mai 2018 de: guweb2.gonzaga.edu
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chimie (8ème éd.). CENGAGE Learning, p 268-270.
6. Shiver & Atkins. (2008). Chimie inorganique (Quatrième édition., Page 38). Mc Graw Hill.
7. Monica Gonzalez (10 août 2010). Chargement formel Récupéré le 23 mai 2018 de: quimica.laguia2000.com