ค่าธรรมเนียมทางการ: สูตรวิธีคำนวณและตัวอย่าง - เคมี

ค่าใช้จ่ายอย่างเป็นทางการ (CF) เป็นหนึ่งที่ได้รับมอบหมายให้อะตอมของโมเลกุลหรือไอออนซึ่งจะช่วยให้การอธิบายโครงสร้างและคุณสมบัติทางเคมีของมันขึ้นอยู่กับมัน แนวคิดนี้หมายถึงการพิจารณาลักษณะสูงสุดของความแปรปรวนร่วมในพันธะ AB นั่นคืออิเล็กตรอนคู่ร่วมกันระหว่าง A และ B เท่า ๆ กัน

เพื่อทำความเข้าใจข้างต้นภาพด้านล่างแสดงอะตอมที่เชื่อมโยงกัน 2 อะตอม: อะตอมหนึ่งกำหนดด้วยตัวอักษร A และอีกตัวมีตัวอักษร B ดังที่เห็นได้ในการสกัดกั้นของวงกลมจะมีการสร้างพันธะร่วมกับคู่ ":" ในโมเลกุลเฮเทอโรนิวเคลียร์นี้ถ้า A และ B มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีเท่ากันคู่ ":" จะอยู่ห่างจากทั้ง A และ B เท่ากัน

อย่างไรก็ตามเนื่องจากอะตอมที่แตกต่างกันสองอะตอมไม่สามารถมีสมบัติเหมือนกันได้คู่ ":" จึงถูกดึงดูดไปยังอะตอมที่มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากกว่า ในกรณีนี้ถ้า A มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากกว่า B คู่ ":" จะอยู่ใกล้ A มากกว่า B สิ่งที่ตรงกันข้ามจะเกิดขึ้นเมื่อ B มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากกว่า A ตอนนี้เข้าใกล้ ":" ถึง B

ดังนั้นในการกำหนดค่าใช้จ่ายอย่างเป็นทางการให้กับทั้ง A และ B จึงจำเป็นต้องพิจารณากรณีแรก (อันที่อยู่ด้านบนของภาพ) ถ้าพันธะโควาเลนต์หมดจด AB ขาดจะเกิดการแตกโฮโมไลติกทำให้เกิดอนุมูลอิสระ A ·และ· B

ประโยชน์เชิงคุณภาพของการใช้สินค้าทางการ

อิเล็กตรอนจะไม่คงที่เหมือนในตัวอย่างก่อนหน้านี้ แต่เดินทางและสูญเสียผ่านอะตอมของโมเลกุลหรือไอออน ถ้ามันเป็นโมเลกุลไดอะตอมเป็นที่รู้กันว่าคู่ ":" จะต้องใช้ร่วมกันหรือเดินไปมาระหว่างอะตอมทั้งสอง สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นในโมเลกุลของประเภท ABC แต่มีความซับซ้อนมากขึ้น

อย่างไรก็ตามเมื่อศึกษาอะตอมและสมมติว่ามีความแปรปรวนร่วมหนึ่งร้อยเปอร์เซ็นต์ในพันธะของมันจะง่ายกว่าที่จะระบุว่ามันได้รับหรือสูญเสียอิเล็กตรอนภายในสารประกอบ ในการพิจารณาการได้รับหรือการสูญเสียนี้สถานะพื้นฐานหรือสถานะอิสระของคุณจะต้องเปรียบเทียบกับสภาพแวดล้อมอิเล็กทรอนิกส์ของคุณ

ด้วยวิธีนี้จึงเป็นไปได้ที่จะกำหนดประจุบวก (+) หากอะตอมสูญเสียอิเล็กตรอนหรือประจุลบ (-) เมื่อในทางตรงกันข้ามมันได้รับอิเล็กตรอน (ต้องเขียนสัญลักษณ์ภายในวงกลม)

ดังนั้นแม้ว่าอิเล็กตรอนจะไม่สามารถระบุตำแหน่งได้อย่างแน่นอน แต่ประจุไฟฟ้า (+) และ (-) ที่เป็นทางการเหล่านี้บนโครงสร้างจะสอดคล้องกับคุณสมบัติทางเคมีที่คาดไว้ในกรณีส่วนใหญ่

นั่นคือประจุไฟฟ้าอย่างเป็นทางการของอะตอมมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับเรขาคณิตโมเลกุลของสภาพแวดล้อมและการเกิดปฏิกิริยาภายในสารประกอบ

สูตรและวิธีคำนวณ

มีการกำหนดค่าธรรมเนียมอย่างเป็นทางการโดยพลการหรือไม่? คำตอบคือไม่ สำหรับสิ่งนี้จะต้องคำนวณกำไรหรือการสูญเสียอิเล็กตรอนโดยสมมติว่าเป็นพันธะโควาเลนต์ล้วนๆและทำได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

CF = (หมายเลขกลุ่มของอะตอม) - (จำนวนพันธะที่สร้างขึ้น) - (จำนวนอิเล็กตรอนที่ไม่ใช้ร่วมกัน)

ถ้าอะตอมมี CF ที่มีค่า +1 จะมีการกำหนดประจุบวก (+) ในขณะที่ถ้าคุณมี CF ที่มีค่า -1 จะมีการกำหนดประจุลบ (-) ให้กับมัน

ในการคำนวณ CF อย่างถูกต้องต้องปฏิบัติตามขั้นตอนต่อไปนี้:

- ค้นหาว่าอะตอมอยู่ในกลุ่มใดในตารางธาตุ

- นับจำนวนพันธะที่สร้างขึ้นกับเพื่อนบ้าน: พันธะคู่ (=) มีมูลค่าสองและพันธบัตรสามเท่ามีมูลค่าสาม (≡)

- สุดท้ายให้นับจำนวนอิเล็กตรอนที่ไม่ใช้ร่วมกันซึ่งสามารถสังเกตได้ง่ายด้วยโครงสร้าง Lewis

รูปแบบการคำนวณตามโครงสร้าง

เมื่อพิจารณาจาก ABCD ของโมเลกุลเชิงเส้นค่าใช้จ่ายที่เป็นทางการสำหรับแต่ละอะตอมอาจแตกต่างกันไปหากโครงสร้างถูกเขียนเป็น: BCAD, CABD, ACDB เป็นต้น เนื่องจากมีอะตอมที่แบ่งปันอิเล็กตรอนมากขึ้น (สร้างพันธะมากขึ้น) ได้รับ CF ที่เป็นบวกหรือลบ

โครงสร้างโมเลกุลที่เป็นไปได้ทั้งสามแบบใดที่สอดคล้องกับ ABCD ของสารประกอบ? คำตอบคือค่าที่โดยทั่วไปมีค่า CF ต่ำที่สุด ในทำนองเดียวกันค่าที่กำหนดประจุลบ (-) ให้กับอะตอมที่มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากที่สุด

ถ้า C และ D เป็นอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากกว่า A และ B ดังนั้นการแบ่งปันอิเล็กตรอนให้มากขึ้นจะทำให้ได้ประจุที่เป็นทางการบวก (ดูจากกฎช่วยในการจำ)

ดังนั้นโครงสร้างที่มั่นคงที่สุดและเป็นที่ชื่นชอบมากที่สุดคือ CABD เนื่องจากทั้ง C และ B มีพันธะเพียงตัวเดียว ในทางกลับกันโครงสร้าง ABCD และโครงสร้างที่มี C หรือ B สร้างพันธะสองพันธะ (–C– หรือ –D–) จะไม่เสถียรมากกว่า

โครงสร้างใดที่ไม่เสถียรที่สุด ACDB เพราะไม่เพียง แต่ C และ D จะสร้างพันธะสองพันธะ แต่ยังมีประจุลบอย่างเป็นทางการ (-) อยู่ติดกันทำให้โครงสร้างไม่เสถียร

ตัวอย่างการคำนวณภาระทางการ

BF

อะตอมโบรอนล้อมรอบด้วยฟลูออรีนสี่อะตอม เนื่องจาก B อยู่ในกลุ่ม IIIA (13) จึงขาดอิเล็กตรอนที่ไม่ได้ใช้ร่วมกันและสร้างพันธะโควาเลนต์สี่พันธะ CF ของมันคือ (3-4-0 = -1) ในทางกลับกันสำหรับ F ซึ่งเป็นองค์ประกอบของกลุ่ม VIIA (17) CF คือ (7-6-1 = 0)

ในการตรวจสอบประจุของไอออนหรือโมเลกุลก็เพียงพอแล้วที่จะเพิ่ม CF แต่ละตัวของอะตอมที่ประกอบขึ้น: (1 (-1) + 4 (0) = -1)

อย่างไรก็ตาม CF สำหรับ B ไม่มีความหมายที่แท้จริง นั่นคือความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงสุดไม่ได้อยู่ที่มัน ในความเป็นจริงความหนาแน่นของอิเล็กตรอนนี้กระจายไปยังอะตอมทั้งสี่ของ F ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกว่า B มาก

BEH

อะตอมของเบริลเลียมอยู่ในกลุ่ม IIA (2) สร้างพันธะสองพันธะและขาดอีกครั้งอิเล็กตรอนที่ไม่ใช้ร่วมกัน ดังนั้น CF สำหรับ Be และ H คือ:

CF _Be = 2-2-0 = 0

CF _H = 1-1-0 = 0

โหลด BeH ₂ = 1 (0) + 2 (0) = 0

CO (คาร์บอนมอนอกไซด์)

โครงสร้างลิวอิสสามารถแสดงเป็น: C≡O: (แม้ว่าจะมีโครงสร้างเรโซแนนซ์อื่น ๆ ) การคำนวณ CF ซ้ำครั้งนี้สำหรับ C (ของกลุ่ม IVA) และ O (ของกลุ่ม VIA) เรามี:

CF _C = 4-3-2 = -1

CF _O = 6-3-2 = +1

นี่คือตัวอย่างที่ประจุทางการไม่เป็นไปตามลักษณะขององค์ประกอบ O เป็นอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากกว่า C ดังนั้นจึงไม่ควรมีค่าบวก

โครงสร้างอื่น ๆ (C = O และ⁽⁺⁾ CO ^(-) ) แม้ว่าจะเป็นไปตามการกำหนดประจุที่สอดคล้องกัน แต่ก็ไม่เป็นไปตามกฎออกเตต (C มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนน้อยกว่าแปดตัว)

NH

ยิ่งอิเล็กตรอนมีหุ้น N มากเท่าไหร่ CF ของมันก็จะยิ่งเป็นบวกมากขึ้นเท่านั้น (แม้แต่แอมโมเนียมอิออนเนื่องจากไม่มีพลังงานที่จะสร้างพันธะห้าได้)

การใช้การคำนวณสำหรับ N ในแอมโมเนียมไอออนแอมโมเนียและเอไมด์ไอออนอย่างเท่าเทียมกันเราได้:

CF = 5-4-0 = +1 (NH ₄⁺ )

CF = 5-3-2 = 0 (NH ₃ )

และในที่สุดก็:

CF = 5-2-4 = -1 (NH ₂^- )

นั่นคือใน NH ₂^- N มีสี่อิเล็กตรอนยกเลิกการแชร์และหุ้นทั้งหมดของพวกเขาเมื่อมันเป็น NH ₄ +CF สำหรับ H เท่ากับ 0 ดังนั้นการคำนวณของคุณจึงถูกบันทึก

อ้างอิง

เจมส์ (2018) ทักษะหลัก: วิธีการคำนวณค่าใช้จ่ายอย่างเป็นทางการ สืบค้นเมื่อ 23 พฤษภาคม 2018 จาก: masterorganicchemistry.com
ดร. เอียนฮันท์ ภาควิชาเคมีมหาวิทยาลัยคัลการี ค่าใช้จ่ายอย่างเป็นทางการ สืบค้นเมื่อ 23 พฤษภาคม 2561 จาก: chem.ucalgary.ca
ค่าใช้จ่ายอย่างเป็นทางการ . สืบค้นเมื่อ 23 พฤษภาคม 2561 จาก: chem.ucla.edu
Jeff D. Cronk ค่าใช้จ่ายอย่างเป็นทางการ สืบค้นเมื่อ 23 พฤษภาคม 2561 จาก: guweb2.gonzaga.edu
Whitten, Davis, Peck & Stanley เคมี. (ฉบับที่ 8) CENGAGE Learning, p 268-270
ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์สี่., หน้า 38). Mc Graw Hill
โมนิก้ากอนซาเลซ (10 สิงหาคม 2553). ค่าใช้จ่ายอย่างเป็นทางการ สืบค้นเมื่อ 23 พฤษภาคม 2561 จาก: quimica.laguia2000.com

ค่าธรรมเนียมทางการ: สูตรวิธีคำนวณและตัวอย่าง - เคมี - 2026