Fórmula de carga formal, como calcular e exemplos



O carga formal (CF) é aquilo que é atribuído a um átomo de uma molécula ou íon, o que permite explicar suas estruturas e propriedades químicas dependendo dele. Este conceito implica a consideração do caráter máximo da covalência no enlace A-B; isto é, o par de elétrons é dividido igualmente entre A e B.

Para entender o exposto na imagem inferior, dois átomos são mostrados ligados: um designado com a letra A e outro com a letra B. Como pode ser visto, na intercepção dos círculos é formado um link com o par ":". Nesta molécula heteronuclear, se A e B tiverem as mesmas eletronegatividades, o par ":" permanece equidistante tanto para A quanto para B.

No entanto, como dois átomos diferentes não podem ter propriedades idênticas, o par ":" é atraído pelo que é mais eletronegativo. Neste caso, se A é mais eletronegativo que B, o par ":" é mais próximo de A que de B. O oposto ocorre quando B é mais eletronegativo que A, aproximando-se agora de ":" a B.

Então, para atribuir as cargas formais tanto a A como a B, é necessário considerar o primeiro caso (aquele acima da imagem). Se a ligação puramente covalente A-B fosse quebrada, uma quebra homolítica ocorreria, gerando os radicais livres A · e · B.

Índice

  • 1 Benefícios qualitativos do uso da carga formal
  • 2 Formula e como calcular
    • 2.1 Variações do cálculo de acordo com a estrutura
  • 3 Exemplos de cálculos de carga formal
    • 3.1 BF4- (ião tetrafluoroborato)
    • 3.2 BeH2 (hidreto de berílio)
    • 3.3 CO (monóxido de carbono)
    • 3,4 NH4 + (ião amónio), NH3 e NH2- (ião amida)
  • 4 referências

Benefícios qualitativos do emprego de carga formal

Os elétrons não são fixos, como no exemplo anterior, mas viajam e são perdidos pelos átomos da molécula ou íon. Se for uma molécula diatômica, sabe-se que o par ":" deve ser compartilhado ou vagando entre os dois átomos; o mesmo acontece em uma molécula do tipo A-B-C, mas com maior complexidade.

No entanto, estudando um átomo e assumindo uma covalência de cem por cento em suas ligações, é mais fácil estabelecer se ele ganha ou perde elétrons dentro do composto. Para determinar esse ganho ou perda, seu status de linha de base ou livre deve ser comparado com seu ambiente eletrônico.

Desta forma, é possível atribuir uma carga positiva (+) se o átomo perde um elétron, ou uma carga negativa (-) quando, ao contrário, ganha um elétron (os sinais devem ser escritos dentro de um círculo).

Assim, embora os elétrons não possam ser localizados exatamente, essas cargas formais (+) e (-) nas estruturas estão, na maioria dos casos, em conformidade com as propriedades químicas esperadas.

Ou seja, a carga formal de um átomo está intimamente relacionada à geometria molecular de seu ambiente e sua reatividade dentro do composto.

Fórmula e como calculá-lo

As cobranças formais são atribuídas arbitrariamente? A resposta é não. Para isso, o ganho ou perda de elétrons deve ser calculado assumindo ligações puramente covalentes, e isso é obtido através da seguinte fórmula:

CF = (número do grupo de átomos) - (número de links que forma) - (número de elétrons não compartilhados)

Se o átomo tiver um CF com valor +1, será atribuído uma carga positiva (+); enquanto que se tiver um CF com um valor de -1, será atribuído um valor negativo (-).

Para calcular corretamente o CF, os seguintes passos devem ser seguidos:

- Localize em qual grupo o átomo está localizado na tabela periódica.

- Conte o número de links que você forma com seus vizinhos: os links duplos (=) valem dois e os links triplos valem três (≡).

- Finalmente, conte o número de elétrons não compartilhados, que podem ser facilmente observados com estruturas de Lewis.

Variações do cálculo de acordo com a estrutura

Dada a molécula linear A-B-C-D, as cargas formais para cada átomo podem variar se a estrutura, por exemplo, for agora escrita como: B-C-A-D, C-A-B-D, A-C-D-B, etc. Isso ocorre porque existem átomos que, compartilhando mais elétrons (formando mais ligações), adquirem FC positivos ou negativos.

Então, qual das três possíveis estruturas moleculares corresponde ao composto ABCD? A resposta é: uma que geralmente tem os valores mais baixos de CF; também, aquele que atribui as cargas negativas (-) aos átomos mais eletronegativos.

Se C e D são mais eletronegativos que A e B, então, compartilhando mais elétrons, eles consequentemente adquirem cargas formais positivas (vistas a partir de uma regra mnemônica).

Assim, a estrutura mais estável, e a mais favorecida pela energia, é C-A-B-D, já que tanto C como B formam um único elo. Por outro lado, a estrutura A-B-C-D e aquelas que têm C ou B formando duas ligações (-C- ou -D-), são mais instáveis.

Qual de todas as estruturas é a mais instável? A-C-D-B, porque não apenas C e D formam duas ligações, mas também suas cargas formais negativas (-) são adjacentes umas às outras, desestabilizando ainda mais a estrutura.

Exemplos de cálculos de carga formal

BF4- (íon tetrafluoroborato)

O átomo de boro é circundado por quatro átomos de flúor. Dado que B pertence ao grupo IIIA (13) não possui elétrons não compartilhados e forma quatro ligações covalentes, seu CF é (3-4-0 = -1). Em contraste com o elemento F do grupo VIIA (17), seu CF é (7-6-1 = 0).

Para determinar a carga do íon ou molécula, basta adicionar os FCs individuais dos átomos que o compõem: (1 (-1) + 4 (0) = -1).

No entanto, o CF para B não tem um significado real; isto é, a maior densidade eletrônica não reside nisto. Na realidade, essa densidade eletrônica é distribuída aos quatro átomos de F, um elemento muito mais eletronegativo que B.

BeH2 (Hidreto de berílio)

O átomo de berílio pertence ao grupo IIA (2), forma duas ligações e não possui, novamente, elétrons não compartilhados. Assim, os FCs para Be e H são:

CFSeja= 2-2-0= 0

CFH= 1-1-0= 0

Carregar BeH2= 1(0) + 2(0)= 0

CO (monóxido de carbono)

Sua estrutura de Lewis pode ser representada como: C≡O: (embora tenha outras estruturas de ressonância). Repetindo o cálculo do CF, desta vez para o C (do grupo VAT) e o O (do grupo VIA), temos:

CFC= 4-3-2= -1

CFO= 6-3-2= +1

Este é um exemplo em que as cargas formais não estão de acordo com a natureza dos elementos. OO é mais eletronegativo que o C e, portanto, não deve carregar um positivo.

As outras estruturas (C = O e (+)C-O(-)), embora cumpram a alocação coerente de cargas, eles não cumprem a regra do octeto (C tem menos de oito elétrons de valência).

NH4+ (amônio ionizado), NH3 e NH2- (íon amida)

quanto mais elétrons as ações de N, mais positivo o seu CF (até o íon amônio, já que não tem disponibilidade de energia para formar cinco ligações).

Aplicando também os cálculos para o N no íon amônio, a amônia e o íon amiduro, temos então:

CF = 5-4-0 = +1 (NH4+)

CF = 5-3-2 = 0 (NH3)

E finalmente:

CF = 5-2-4 = -1 (NH2-)

Isto é, no NH2- o N tem quatro elétrons não compartilhados, e compartilha tudo quando forma o NH4+. O CF para o H é igual a 0 e, portanto, seu cálculo é salvo.

Referências

  1. James. (2018) Uma habilidade chave: como calcular a carga formal. Retirado em 23 de maio de 2018, de: masterorganicchemistry.com
  2. Dr. Ian Hunt. Departamento de Química da Universidade de Calgary. Encargos Formais. Retirado em 23 de maio de 2018, de: chem.ucalgary.ca
  3. Encargos Formais. [PDF] Retirado em 23 de maio de 2018, de: chem.ucla.edu
  4. Jeff D. Cronk. Carga formal Retirado em 23 de maio de 2018, de: guweb2.gonzaga.edu
  5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Química (8a ed.). CENGAGE Learning, pg 268-270.
  6. Arrepio e Atkins. (2008). Química Inorgânica (Quarta edição., Página 38). Mc Graw Hill.
  7. Monica Gonzalez (10 de agosto de 2010). Carregamento formal Retirado em 23 de maio de 2018, de: quimica.laguia2000.com