Carga formal - Formal charge
Em química , uma carga formal ( FC ou q ) é a carga atribuída a um átomo em uma molécula , assumindo que os elétrons em todas as ligações químicas são compartilhados igualmente entre os átomos, independentemente da eletronegatividade relativa . Ao determinar a melhor estrutura de Lewis (ou estrutura de ressonância predominante ) para uma molécula, a estrutura é escolhida de forma que a carga formal em cada um dos átomos seja o mais próximo possível de zero.
A carga formal de qualquer átomo em uma molécula pode ser calculada pela seguinte equação:
onde V é o número de elétrons de valência do átomo neutro isolado (em seu estado fundamental); N é o número de elétrons de valência sem ligação neste átomo da molécula; e B é o número total de elétrons compartilhados em ligações com outros átomos na molécula.
Convenções de uso
Na convenção da química orgânica, as cargas formais são uma característica essencial de uma estrutura de Lewis-Kekulé corretamente representada , e uma estrutura que omite cargas formais diferentes de zero é considerada incorreta ou, pelo menos, incompleta. Em contraste, esta convenção não é seguida na química inorgânica. Cargas formais são desenhadas nas proximidades do átomo que carrega a carga. Eles podem ou não ser colocados em um círculo para maior clareza.
Por outro lado, muitos trabalhadores em organometálicos e a maioria dos trabalhadores em química de coordenação omitirão cobranças formais, a menos que sejam necessários para dar ênfase, ou para fazer um ponto específico. Em vez disso, um canto superior direito ⌝ será desenhado seguindo a entidade carregada covalentemente ligada, por sua vez seguida imediatamente pela carga geral .
Esta diferença na prática decorre da atribuição relativamente direta de ordem de ligação, contagem de elétrons de valência e, portanto, carga formal para compostos contendo apenas elementos do grupo principal (embora compostos oligoméricos como reagentes de organolítio e enolatos tendam a ser representados de uma maneira simplificada e idealizada ), embora existam incertezas, ambigüidades e discordâncias genuínas quando essas atribuições são tentadas para complexos de metal de transição.
Exemplos
- Exemplo: CO 2 é uma molécula neutra com 16 elétrons de valência no total . Existem diferentes maneiras de desenhar a estrutura de Lewis
- Carbono com ligação simples a ambos os átomos de oxigênio (carbono = +2, oxigênios = -1 cada, carga formal total = 0)
- Carbono simples ligado a um oxigênio e duplamente ligado a outro (carbono = +1, oxigênio duplo = 0, oxigênio simples = -1, carga formal total = 0)
- Carbono duplamente ligado a ambos os átomos de oxigênio (carbono = 0, oxigênios = 0, carga formal total = 0)
Mesmo que todas as três estruturas nos forneçam uma carga total de zero, a estrutura final é a superior porque não há nenhuma carga na molécula.
Método pictórico
O seguinte é equivalente:
- Desenhe um círculo ao redor do átomo para o qual a carga formal é solicitada (como com o dióxido de carbono, abaixo)
- Conte o número de elétrons no "círculo" do átomo. Como o círculo corta a ligação covalente "pela metade", cada ligação covalente conta como um elétron em vez de dois.
- Subtraia o número de elétrons no círculo do número do grupo do elemento (o algarismo romano do sistema mais antigo de numeração do grupo, NÃO o sistema IUPAC 1-18) para determinar a carga formal.
- As cargas formais calculadas para os átomos restantes nesta estrutura de Lewis de dióxido de carbono são mostradas abaixo.
É importante ter em mente que as cargas formais são apenas isso - formais , no sentido de que esse sistema é um formalismo. O sistema de carga formal é apenas um método para rastrear todos os elétrons de valência que cada átomo traz consigo quando a molécula é formada.
Carga formal em comparação com o estado de oxidação
A carga formal é uma ferramenta para estimar a distribuição de carga elétrica dentro de uma molécula. O conceito de estados de oxidação constitui um método competitivo para avaliar a distribuição de elétrons nas moléculas. Se as cargas formais e os estados de oxidação dos átomos em dióxido de carbono forem comparados, os seguintes valores serão obtidos:
A razão para a diferença entre esses valores é que as cargas formais e os estados de oxidação representam maneiras fundamentalmente diferentes de observar a distribuição de elétrons entre os átomos na molécula. Com a carga formal, presume-se que os elétrons em cada ligação covalente sejam divididos exatamente de maneira uniforme entre os dois átomos da ligação (daí a divisão por dois no método descrito acima). A visão formal da carga da molécula de CO 2 é essencialmente mostrada abaixo:
O aspecto covalente (compartilhamento) da ligação é enfatizado demais no uso de cargas formais, uma vez que, na realidade, há uma densidade de elétrons mais alta em torno dos átomos de oxigênio devido à sua eletronegatividade mais alta em comparação com o átomo de carbono. Isso pode ser visualizado de forma mais eficaz em um mapa de potencial eletrostático .
Com o formalismo do estado de oxidação, os elétrons nas ligações são "concedidos" ao átomo com maior eletronegatividade . A visão do estado de oxidação da molécula de CO 2 é mostrada abaixo:
Os estados de oxidação superenfatizam a natureza iônica da ligação; a diferença na eletronegatividade entre o carbono e o oxigênio é insuficiente para considerar as ligações como sendo de natureza iônica.
Na realidade, a distribuição dos elétrons na molécula fica em algum lugar entre esses dois extremos. A inadequação da visão simples da estrutura de Lewis das moléculas levou ao desenvolvimento da teoria de ligação de valência mais geralmente aplicável e precisa de Slater , Pauling , et al., E daí em diante a teoria orbital molecular desenvolvida por Mulliken e Hund .