CARICA FORMALE: FORMULA, COME CALCOLARLA ED ESEMPI - CHIMICA - 2026

La carica formale (CF) è quella che viene assegnata a un atomo di una molecola o ione, che permette di spiegare le sue strutture e proprietà chimiche basate su di esso. Questo concetto implica la considerazione del massimo carattere di covalenza nel legame AB; cioè, la coppia di elettroni è condivisa equamente tra A e B.

Per capire quanto sopra, l'immagine sotto mostra due atomi legati: uno designato con la lettera A e l'altro con la lettera B. Come si può vedere, nell'intercetta dei cerchi si forma un legame con la coppia ":". In questa molecola eteronucleare, se A e B hanno elettronegatività uguali, la coppia ":" rimane equidistante sia da A che da B.

Tuttavia, poiché due atomi diversi non possono avere proprietà identiche, la coppia ":" è attratta da quella più elettronegativa. In questo caso, se A è più elettronegativo di B, la coppia ":" è più vicina ad A che a B. L'opposto si verifica quando B è più elettronegativo di A, avvicinandosi ora a ":" a B.

Quindi, per assegnare le cariche formali sia ad A che a B, è necessario considerare il primo caso (quello in alto nell'immagine). Se il legame puramente covalente AB dovesse rompersi, si verificherebbe una rottura omolitica, generando i radicali liberi A · e · B.

Vantaggi qualitativi dell'utilizzo di carichi formali

Gli elettroni non sono fissi, come nell'esempio precedente, ma viaggiano e si perdono attraverso gli atomi della molecola o dello ione. Se si tratta di una molecola biatomica, è noto che la coppia ":" deve essere condivisa o errante tra i due atomi; lo stesso accade in una molecola di tipo ABC, ma con maggiore complessità.

Tuttavia, quando si studia un atomo e si assume una covalenza del cento per cento nei suoi legami, è più facile stabilire se guadagna o perde elettroni all'interno del composto. Per determinare questo guadagno o perdita, il tuo stato basale o libero deve essere confrontato con il tuo ambiente elettronico.

In questo modo è possibile assegnare una carica positiva (+) se l'atomo perde un elettrone, oppure una carica negativa (-) quando invece guadagna un elettrone (i segni vanno scritti all'interno di un cerchio).

Pertanto, sebbene gli elettroni non possano essere localizzati esattamente, queste cariche formali (+) e (-) sulle strutture si conformano nella maggior parte dei casi alle proprietà chimiche previste.

Cioè, la carica formale di un atomo è strettamente correlata alla geometria molecolare del suo ambiente e alla sua reattività all'interno del composto.

Formula e come calcolarla

Gli addebiti formali sono assegnati arbitrariamente? La risposta è no. Per questo, il guadagno o la perdita di elettroni deve essere calcolato assumendo legami puramente covalenti, e ciò si ottiene attraverso la seguente formula:

CF = (numero di gruppo dell'atomo) - (numero di legami che forma) - (numero di elettroni non condivisi)

Se l'atomo ha un CF con valore +1, gli viene assegnata una carica positiva (+); mentre se hai un CF con un valore di -1, allora gli viene assegnata una carica negativa (-).

Per calcolare correttamente il CF, è necessario seguire i seguenti passaggi:

- Individua in quale gruppo si trova l'atomo nella tavola periodica.

- Conta il numero di legami che forma con i suoi vicini: i doppi legami (=) valgono due e i tripli legami valgono tre (≡).

- Infine, conta il numero di elettroni non condivisi, che possono essere facilmente osservati con le strutture di Lewis.

Variazioni di calcolo in base alla struttura

Data la molecola lineare ABCD, le cariche formali per ogni atomo possono variare se la struttura, ad esempio, è ora scritta come: BCAD, CABD, ACDB, ecc. Questo perché ci sono atomi che, condividendo più elettroni (formando più legami), acquisiscono CF positivi o negativi.

Quindi quale delle tre possibili strutture molecolari corrisponde al composto ABCD? La risposta è: quella che generalmente ha i valori CF più bassi; allo stesso modo, quello che assegna cariche negative (-) agli atomi più elettronegativi.

Se C e D sono più elettronegativi di A e B, condividendo più elettroni acquisiscono di conseguenza cariche formali positive (viste da una regola mnemonica).

Pertanto, la struttura più stabile e la più energeticamente favorita è CABD, poiché in questo sia C che B formano un solo legame. D'altra parte, la struttura ABCD e quelle che hanno C o B che formano due legami (–C– o –D–), sono più instabili.

Quale di tutte le strutture è la più instabile? ACDB, perché non solo C e D formano due legami, ma anche le loro cariche formali negative (-) sono adiacenti l'una all'altra, destabilizzando ulteriormente la struttura.

Esempi di calcoli formali del carico

BF

L'atomo di boro è circondato da quattro atomi di fluoro. Poiché B appartiene al gruppo IIIA (13), manca di elettroni non condivisi e forma quattro legami covalenti, il suo CF è (3-4-0 = -1). D'altra parte, per F, un elemento del gruppo VIIA (17), il suo CF è (7-6-1 = 0).

Per determinare la carica dello ione o della molecola è sufficiente sommare i singoli CF degli atomi che lo compongono: (1 (-1) + 4 (0) = -1).

Tuttavia, il CF per B non ha alcun significato reale; cioè, la più alta densità di elettroni non risiede su di essa. In realtà, questa densità di elettroni è distribuita verso i quattro atomi di F, un elemento molto più elettronegativo di B.

BEH

L'atomo di berillio appartiene al gruppo IIA (2), forma due legami e manca, ancora una volta, di elettroni non condivisi. Pertanto, i CF per Be e H sono:

CF _Be = 2-2-0 = 0

CF _H = 1-1-0 = 0

Carica BeH ₂ = 1 (0) + 2 (0) = 0

CO (monossido di carbonio)

La sua struttura di Lewis può essere rappresentata come: C≡O: (sebbene abbia altre strutture di risonanza). Ripetendo il calcolo CF, questa volta per C (del gruppo IVA) e O (del gruppo VIA), abbiamo:

CF _C = 4-3-2 = -1

CF _O = 6-3-2 = +1

Questo è un esempio in cui le accuse formali non sono conformi alla natura degli elementi. O è più elettronegativo di C e quindi non dovrebbe portare un positivo.

Le altre strutture (C = O e ⁽⁺⁾ CO ^(-) ), sebbene rispettino l'assegnazione coerente delle cariche, non rispettano la regola dell'ottetto (C ha meno di otto elettroni di valenza).

NH

più elettroni N condivide, più positivo è il suo CF (anche lo ione ammonio, poiché non ha disponibilità di energia per formare cinque legami).

Applicando ugualmente i calcoli per l'N nello ione ammonio, ammoniaca e ione ammide, abbiamo quindi:

CF = 5-4-0 = +1 (NH ₄ ⁺ )

CF = 5-3-2 = 0 (NH ₃ )

E infine:

CF = 5-2-4 = -1 (NH ₂ ^- )

Cioè, in NH ₂ ^- N ha quattro elettroni non condivisi e li condivide tutti quando forma NH ₄ ⁺ . Il CF per H è uguale a 0 e quindi il calcolo viene salvato.

Riferimenti

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