Jak obliczyć formalny ładunek jonu siarczanowego?

Twój wzór jest poprawny. Jeśli $ V $ to liczba elektronów walencyjnych pierwotnie przypisanych do atomu, $ N $ to liczba niezwiązanych elektronów, a $ B $ to liczba wiązań ($ \ frac {1} {2} $ liczby wiązanie elektronów, a dokładniej), wówczas formalny ładunek $ FC $ wynosi:

$$ FC = V – (B + N) $$

Jon siarczanowy ma dwie ważne struktury który można narysować, jeden z siarką o formalnym ładunku równym zero i jeden z siarką o formalnym ładunku +2. Poniższe struktury (ze strony Wikipedii , udostępnionej do domeny publicznej) są zgodne z irytującą, ale dopuszczalną konwencją zastępowania samotnych par kreskami.

Jeśli struktura po lewej stronie (# 1) jest poprawna, to atom siarki ($ V = 6 $) ma sześć obligacje ($ B = 6 $) i żadnych samotnych par ($ N = 0 $). Dwa atomy tlenu (V = 6) mają dwa wiązania ($ B = 2 $) i dwie samotne pary ($ N = 4 $), podczas gdy pozostałe dwa atomy tlenu mają jedno wiązanie ($ B = 1 $) i trzy samotne pary ($ N = 6 $). Atom siarki i dwa atomy tlenu mają $ FC = 0 $, a pozostałe dwa atomy tlenu mają $ FC = -1 $, co daje całkowity ładunek jonu wynoszący -2 $.

$$ FC_ { \ ce {S}} = 6- (6 + 0) = 0 $$ $$ FC _ {\ ce {O_ {1,2}}} = 6- (2 + 4) = 0 $$ $$ FC _ {\ ce {O_ {3,4}}} = 6- (1 + 6) = – 1 $$

Jeśli struktura po prawej stronie (# 2) jest poprawna, to atom siarki ($ V = 6 $) ma cztery obligacje ($ B = 4 $) i nie ma samotnych par ($ N = 0 $). Wszystkie cztery atomy tlenu (V = 6) mają jedno wiązanie ($ B = 1 $) i trzy samotne pary ($ N = 6 $). Atom siarki ma $ FC = + 2 $, a atomy tlenu $ FC = -1 $, co daje całkowity ładunek jonu wynoszący -2 $. $$ FC _ {\ ce {S}} = 6- (4 + 0) = + 2 $$ $$ FC _ {\ ce {O}} = 6- (1 + 6) = – 1 $$

Ale czekaj! Bardziej fundamentalnym pytaniem mogłoby być: „W jaki sposób jon siarczanowy może mieć dwie bardzo różne struktury, które nakładają różne ładunki formalne na atomy siarki i tlenu?”

Ładunek formalny jest przyjemnym mechanizmem księgowym, ale nie ma żadnego eksperymentalnego związku z rzeczywistym ładunkiem dowolnego atomu w większości cząsteczek lub jonów. Ładunek formalny jest równy tylko faktycznemu ładunkowi gatunków jednoatomowych. Ładunek formalny należy do kategorii modeli, których używamy w chemii, które są 1) pomocne, 2) dają poprawną odpowiedź, gdy są używane poprawnie, i 3) są całkowicie fałszywe. Inne modele w tej kategorii obejmują stopień utlenienia, VSEPR, rezonans i elektroujemność. Dowody eksperymentalne sugerują, że prawdziwa struktura siarczanu łączy cechy zarówno struktury nr 1, jak i struktury nr 2, ale trudno byłoby ją narysować przy użyciu przyjętych przez nas formalizmów:

• Wszystkie cztery $ \ ce { SO} Obligacje $ mają równą długość (nr 2).
• Długość obligacji $ \ ce {SO} $ jest krótsza niż zwykłej pojedynczej obligacji $ \ ce {SO} $ i dłuższa niż normal $ \ ce {SO} $ double (# 1).
• Atom siarki ma częściowy ładunek dodatni (# 2) (zauważ, że ładunki cząstkowe, w przeciwieństwie do ładunków formalnych, mają pewne podstawy eksperymentalne).
• Cztery atomy tlenu mają równoważne częściowe ładunki ujemne (# 2).
• Częściowe ładunki ujemne na atomach tlenu sumują się do ponad -2 $, ale nie w okolicach -4 $ $ (# 1).

Ben Norris „Odpowiedź jest doskonała. Będę współpracować z więcej procedury wizualnej, więc może dostarczyć innego punktu widzenia.

Sposób, w jaki się tego nauczyłem, stopnie utlenienia można określić, obliczając w tutaj elektrony wiążące zakładałyby, że wiązania są w 100% jonowe, podczas gdy ładunki formalne można określić, ustalając, gdzie byłyby elektrony, gdyby wiązanie było w 100% kowalencyjne.

Zamiast bezpośrednio stosować równanie, narysuj strukturę Lewisa związku. Teraz przetnij wszystkie wiązania kowalencyjne w sposób homolityczny, tj. Równomiernie rozprowadzając dwa elektrony między wiążącymi się atomami. Teraz policz liczbę elektronów przyłączonych do każdego atomu i odejmij liczbę elektronów walencyjnych, które ma wolny atom. Otrzymana liczba będzie „nadmiarem elektronu”, który jest przeciwieństwem ładunku formalnego, więc po prostu pomnóż przez -1. Oto Twój przykład opracowany.