Формальный заряд
Как посчитать формальный заряд
linkОпора
- Урок 1. Формулы Льюиса — рисовать формулу Льюиса по числу валентных электронов
В уроке 1 мы раздали валентные электроны частицы по связям и неподелённым парам. Если частица — ион, например ион гидроксония \(\ce{H3O+}\) или метоксид-ион \(\ce{CH3O-}\), заряд есть у неё целиком. Но формула Льюиса позволяет сказать больше: на каком именно атоме находится плюс или минус. Это важно для всего курса: заряд показывает, где в частице избыток электронов, а где их недостаток, и реагенты направляются именно туда. Заряд отдельного атома в формуле Льюиса называют формальным.
Атому «принадлежат» все электроны его неподелённых пар и по одному электрону из каждой его связи. Если так получается меньше электронов, чем у свободного атома, заряд положительный, если больше — отрицательный.
Как посчитать формальный заряд атома
- Возьмите число валентных электронов атома: C 4, N 5, O 6, галоген 7, H 1.
- Вычтите число электронов в его неподелённых парах (пара — 2 электрона).
- Вычтите число его связей (двойная — 2, тройная — 3).
- Результат — формальный заряд. Ноль не пишут, остальное ставят у атома знаком \(\oplus\) или \(\ominus\).
Примеры
1. Ион гидроксония \(\ce{H3O+}\). Кислород: три связи и одна пара — \(6 - 2 - 3 = +1\). Плюс стоит у кислорода, а не у «всего иона».
2. Метил-катион и метил-анион. У обоих три связи C–H, но у аниона ещё пара: \(\ce{CH3+}\) — \(4 - 0 - 3 = +1\), \(\ce{CH3-}\) — \(4 - 2 - 3 = -1\).
3. Нитрометан \(\ce{CH3NO2}\). Азот \(5 - 0 - 4 = +1\), кислород с одинарной связью \(6 - 6 - 1 = -1\), кислород с двойной \(6 - 4 - 2 = 0\). Молекула нейтральна: \(+1 - 1 = 0\).
errorЗаряд пишут у того атома, где он возник
В ионе гидроксония плюс принадлежит кислороду. Это важно для механизмов: изогнутые стрелки начинаются у атомов с парами и минусом и заканчиваются у атомов с плюсом.
edit_noteПопробуйте сами
Посчитайте формальные заряды обоих атомов в угарном газе \(\ce{C#O}\), если у каждого атома одна неподелённая пара.
expand_moreПоказать решение
Углерод: \(4 - 2 - 3 = -1\). Кислород: \(6 - 2 - 3 = +1\). Сумма равна нулю — молекула нейтральна.
Формальные заряды в молекуле и ионе
В первой части урока заряд считали для одного атома. В частице из нескольких атомов его считают для каждого — так видно, где «плюс» и «минус», даже если частица в целом нейтральна.
Как расставить формальные заряды в частице
- Нарисуйте формулу Льюиса со всеми парами.
- Посчитайте формальный заряд каждого атома, кроме водорода (у него всегда 0) и углерода с четырьмя связями (тоже 0).
- Проверьте: сумма зарядов равна заряду частицы. Не сошлось — ошибка в формуле или в счёте.
Примеры
1. Азид-ион \(\ce{N3-}\). Крайние атомы: \(5 - 4 - 2 = -1\), центральный: \(5 - 0 - 4 = +1\). Сумма \(-1 + 1 - 1 = -1\) — заряд иона.
2. Диазометан \(\ce{CH2N2}\). Углерод — четыре связи, 0; центральный азот \(+1\); концевой азот \(5 - 4 - 2 = -1\). Сумма 0.
3. Озон \(\ce{O3}\). Центральный кислород: три связи и пара — \(6 - 2 - 3 = +1\); кислород с одинарной связью и тремя парами — \(-1\).
4. Оксид триметиламина \(\ce{(CH3)3NO}\). Азот: четыре связи — \(+1\); кислород: одна связь и три пары — \(-1\). Молекула нейтральна, но внутри неё два заряда.
errorФормальный заряд — не степень окисления
Степень окисления отдаёт оба электрона связи более электроотрицательному атому, формальный заряд делит их поровну. Поэтому у углерода в \(\ce{CO2}\) степень окисления \(+4\), а формальный заряд 0.
edit_noteПопробуйте сами
Расставьте формальные заряды в ионе \(\ce{NO2+}\): \(\ce{O=N=O}\), у каждого кислорода по две пары.
expand_moreПоказать решение
Азот: \(5 - 0 - 4 = +1\). Каждый кислород: \(6 - 4 - 2 = 0\). Сумма \(+1\) — заряд иона.
push_pinГлавное
Формальный заряд атома = валентные электроны − электроны неподелённых пар − число связей. Ставят его только там, где он не ноль. Сумма формальных зарядов всех атомов равна заряду частицы, поэтому нейтральная молекула может содержать атомы с зарядами «+» и «−». Формальный заряд — не степень окисления: он делит электроны связи поровну.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.