CAJ FORMAL: FORMULA, CARA MENGIRA DAN CONTOH - KIMIA - 2025

The caj formal (CF) adalah salah satu yang diberikan kepada atom molekul atau ion, yang membolehkan untuk menjelaskan struktur dan sifat-sifat kimia berdasarkan ia. Konsep ini menyiratkan pertimbangan sifat maksimum kovalen dalam ikatan AB; iaitu, pasangan elektron dikongsi sama antara A dan B.

Untuk memahami perkara di atas, gambar di bawah menunjukkan dua atom yang dihubungkan: satu ditentukan dengan huruf A dan yang lain dengan huruf B. Seperti yang dapat dilihat, dalam pintasan bulatan ikatan terbentuk dengan pasangan ":". Dalam molekul heteronuklear ini, jika A dan B mempunyai elektronegativiti yang sama, pasangan ":" tetap sama dengan kedua-dua A dan B.

Namun, kerana dua atom yang berlainan tidak dapat memiliki sifat yang sama, pasangan ":" tertarik dengan yang lebih elektronegatif. Dalam kes ini, jika A lebih elektronegatif daripada B, pasangan ":" lebih dekat dengan A daripada ke B. Sebaliknya berlaku apabila B lebih elektronegatif daripada A, kini menghampiri ":" ke B.

Oleh itu, untuk memberikan caj rasmi kepada A dan B, perlu mempertimbangkan kes pertama (yang berada di bahagian atas gambar). Sekiranya ikatan kovalen AB semata-mata terputus, pecahan homolitik akan berlaku, menghasilkan radikal bebas A · dan · B.

Faedah kualitatif penggunaan kargo formal

Elektron tidak tetap, seperti contoh sebelumnya, tetapi bergerak dan hilang melalui atom molekul atau ion. Sekiranya molekul diatomik, diketahui bahawa pasangan ":" mesti dikongsi atau mengembara di antara kedua-dua atom; perkara yang sama berlaku pada molekul jenis ABC, tetapi dengan kerumitan yang lebih besar.

Walau bagaimanapun, ketika mempelajari atom dan menganggap kovalen seratus peratus dalam ikatannya, lebih mudah untuk menentukan sama ada ia memperoleh atau kehilangan elektron dalam sebatian tersebut. Untuk menentukan keuntungan atau kerugian ini, keadaan asas atau bebas anda mesti dibandingkan dengan persekitaran elektronik anda.

Dengan cara ini, adalah mungkin untuk menetapkan cas positif (+) jika atom kehilangan elektron, atau cas negatif (-) apabila, sebaliknya, ia memperoleh elektron (tanda-tanda mesti ditulis di dalam bulatan).

Oleh itu, walaupun elektron tidak dapat ditempatkan dengan tepat, cas formal (+) dan (-) ini pada struktur sesuai dalam kebanyakan kes dengan sifat kimia yang diharapkan.

Iaitu, muatan formal atom berkait rapat dengan geometri molekul persekitarannya dan kereaktifannya dalam sebatian.

Formula dan cara mengira

Adakah caj rasmi diberikan secara sewenang-wenangnya? Jawapannya adalah tidak. Untuk ini, keuntungan atau kehilangan elektron mesti dikira dengan andaian ikatan kovalen semata-mata, dan ini dicapai melalui formula berikut:

CF = (bilangan kumpulan atom) - (bilangan ikatan yang terbentuknya) - (bilangan elektron yang tidak dibahagi)

Sekiranya atom mempunyai CF dengan nilai +1, ia diberi cas positif (+); sedangkan jika anda mempunyai CF dengan nilai -1, maka cas negatif (-) diberikan kepadanya.

Untuk mengira CF dengan betul, langkah-langkah berikut mesti diikuti:

- Cari kumpulan mana atom dijumpai dalam jadual berkala.

- Hitung bilangan ikatan yang dibentuknya dengan jirannya: ikatan berganda (=) bernilai dua dan ikatan tiga bernilai tiga (≡).

- Akhirnya, hitung bilangan elektron yang tidak dikongsi, yang dapat dilihat dengan mudah dengan struktur Lewis.

Variasi pengiraan mengikut struktur

Memandangkan molekul linear ABCD, cas formal untuk setiap atom boleh berubah jika strukturnya, misalnya, sekarang ditulis sebagai: BCAD, CABD, ACDB, dll. Ini kerana ada atom yang, dengan berkongsi lebih banyak elektron (membentuk lebih banyak ikatan), memperoleh CF positif atau negatif.

Oleh itu, tiga struktur molekul yang manakah sesuai dengan sebatian ABCD? Jawapannya: yang mempunyai nilai CF paling rendah; begitu juga, yang memberikan cas negatif (-) kepada atom yang paling elektronegatif.

Sekiranya C dan D lebih elektronegatif daripada A dan B, maka dengan berkongsi lebih banyak elektron mereka akan memperoleh cas formal positif (dilihat dari peraturan mnemonik).

Oleh itu, struktur yang paling stabil, dan yang paling digemari tenaga, adalah CABD, kerana dalam kedua-dua C dan B hanya membentuk satu ikatan. Sebaliknya, struktur ABCD dan struktur yang mempunyai C atau B membentuk dua ikatan (–C– atau –D–), lebih tidak stabil.

Di antara semua struktur yang manakah paling tidak stabil? ACDB, kerana bukan hanya C dan D membentuk dua ikatan, tetapi juga caj negatif formal mereka (-) berdekatan satu sama lain, semakin merosakkan struktur.

Contoh pengiraan beban formal

BF

Atom boron dikelilingi oleh empat atom fluor. Oleh kerana B tergolong dalam kumpulan IIIA (13), ia kekurangan elektron yang tidak dibahagi dan membentuk empat ikatan kovalen, CFnya adalah (3-4-0 = -1). Sebaliknya, untuk F, unsur kumpulan VIIA (17), CFnya adalah (7-6-1 = 0).

Untuk menentukan muatan ion atau molekul, cukup untuk menambahkan CF individu atom yang menyusunnya: (1 (-1) + 4 (0) = -1).

Walau bagaimanapun, CF untuk B tidak mempunyai makna sebenar; iaitu, ketumpatan elektron tertinggi tidak berada di atasnya. Pada hakikatnya, ketumpatan elektron ini diedarkan ke arah empat atom F, unsur yang jauh lebih elektronegatif daripada B.

BeH

Atom berilium tergolong dalam kumpulan IIA (2), membentuk dua ikatan dan kekurangan, sekali lagi, elektron yang tidak dibahagi. Oleh itu, CF untuk Be dan H adalah:

CF _Be = 2-2-0 = 0

CF _H = 1-1-0 = 0

Beban BeH ₂ = 1 (0) + 2 (0) = 0

CO (karbon monoksida)

Struktur Lewisnya dapat direpresentasikan sebagai: C (O: (walaupun mempunyai struktur resonans lain). Mengulangi pengiraan CF, kali ini untuk C (kumpulan IVA) dan O (kumpulan VIA), kami mempunyai:

CF _C = 4-3-2 = -1

CF _O = 6-3-2 = +1

Ini adalah contoh di mana caj formal tidak sesuai dengan sifat elemen. O lebih elektronegatif daripada C dan oleh itu tidak boleh membawa positif.

Struktur lain (C = O dan ⁽⁺⁾ CO ^(-) ), walaupun mematuhi pemenuhan caj yang koheren, tidak mematuhi peraturan oktet (C mempunyai elektron valensi kurang dari lapan).

NH

semakin banyak elektron N berkongsi, semakin positif CFnya (bahkan ion ammonium, kerana ia tidak mempunyai ketersediaan tenaga untuk membentuk lima ikatan).

Sama dengan pengiraan N dalam ion amonium, amonia dan ion amida, kita kemudian:

CF = 5-4-0 = +1 (NH ₄ ⁺ )

CF = 5-3-2 = 0 (NH ₃ )

Dan akhirnya:

CF = 5-2-4 = -1 (NH ₂ ^- )

Maksudnya, di NH ₂ ^- N mempunyai empat elektron yang tidak dibahagi, dan ia berkongsi semuanya ketika membentuk NH ₄ ⁺ . CF untuk H adalah sama dengan 0 dan oleh itu pengiraan anda disimpan.

Rujukan

1. James. (2018). Kemahiran Utama: Cara Mengira Bayaran Formal. Diakses pada 23 Mei 2018, dari: masterorganicchemistry.com
2. Ian Hunt. Jabatan Kimia, Universiti Calgary. Bayaran Formal. Diakses pada 23 Mei 2018, dari: chem.ucalgary.ca
3. Bayaran Formal. . Diakses pada 23 Mei 2018, dari: chem.ucla.edu
4. Jeff D. Cronk. Bayaran rasmi. Diakses pada 23 Mei 2018, dari: guweb2.gonzaga.edu
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia. (Edisi ke-8.) Pembelajaran CENGAGE, hlm 268-270.
6. Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi keempat., Hlm. 38). Bukit Mc Graw.
7. Monica Gonzalez. (10 Ogos 2010). Bayaran rasmi. Diakses pada 23 Mei 2018, dari: quimica.laguia2000.com