الشحنات الرسمية

في بعض الحالات، يبدو أن هناك أكثر من بنية لويس صالحة للجزيئات والأيونات متعددة الذرات. يمكن استخدام مفهوم الرسوم الرسمية للمساعدة في توقع هيكل لويس الأكثر ملاءمة عند وجود أكثر من هيكل معقول.

حساب الشحنات الرسمية

الشحنة الرسمية للذرة في الجزيء هي الشحنة الافتراضية للذرة إذا كانت الإلكترونات في الروابط موزعة بالتساوي بين الذرات. بدلاً من ذلك، تنتج الشحنة الرسمية من عدد إلكترونات التكافؤ للذرة المحايدة، يتم أولاً تقليل الإلكترونات غير المترابطة، متبوعاً بطرح عدد الروابط المتصلة بتلك الذرة في بنية لويس.

وبالتالي، يتم احتساب الرسوم الرسمية على النحو التالي:  

يمكن إعادة التحقق من حسابات الشحنات الرسمية من خلال تحديد مجموع الشحنات الرسمية للهيكل بأكمله. يجب أن يكون مجموع الشحنات الرسمية لجميع الذرات في الجزيء صفراً ؛ يجب أن يساوي مجموع الشحنات الرسمية في أيون شحنة الأيون. تذكر أن الشحنة الرسمية المحسوبة للذرة ليست الشحنة الفعلية للذرة في الجزيء. الشحنة الرسمي هو مجرد إجراء مفيد لمسك الدفاتر؛ لا يشير إلى وجود شحنات فعلية.

حساب الرسوم الرسمية من هياكل لويس

يتم اتباع الخطوات التالية لتعيين شحنات رسمية لكل ذرة في ICl₄⁻.

الخطوة 1. قسّم أزواج الإلكترون الرابطة بالتساوي لجميع روابط I–Cl :

الخطوة الثانية. قم بتعيين أزواج وحيدة من الإلكترونات لذراتهم. كل ذرة كلور لديها الآن سبعة إلكترونات مخصصة لها، ولذرة اليود ثمانية.

الخطوة 3. اطرح هذا الرقم من عدد إلكترونات التكافؤ للذرة المحايدة:
اليود: 7 – 8 = –1
الكلور: 7 – 7 = 0
مجموع الشحنات الرسمية لجميع الذرات يساوي –1 ، وهو مطابق لشحنة الأيون (–1).

استخدام الشحنة الرسمية للتنبؤ بالهيكل الجزيئي

يسمى ترتيب الذرات في جزيء أو أيون هيكلها الجزيئي. في كثير من الحالات ، قد يؤدي اتباع الخطوات لكتابة هياكل لويس إلى أكثر من بنية — جزيئية محتملة وروابط مختلفة متعدّدة ومواضع إلكترون أحادية الزوج أو ترتيبات مختلفة من الذرات، على سبيل المثال. يمكن أن تساعد بعض الإرشادات التي تتضمن الشحنة الرسمية في تحديد الهياكل المحتملة الأكثر احتمالاً لجزيء أو أيون معين:

1. يُفضل التركيب الجزيئي الذي تكون فيه جميع الشحنات الرسمية صفرًا على البنية التي لا تكون فيها بعض الشحنات الرسمية صفرية.
2. إذا كان يجب أن يتضمن هيكل لويس شحنات رسمية غير صفرية ، يفضل الترتيب مع أصغر شحنات رسمية غير صفرية.
3. يُفضل استخدام هياكل لويس عندما تكون الشحنات الرسمية المجاورة صفراً أو بعلامة معاكسة.
4. عند الاختيار من بين العديد من هياكل لويس ذات التوزيعات المتشابهة للشحنات الشكلية ، يفضل استخدام البنية ذات الشحنات الشكلية السالبة على الذرات الأكثر كهربيًا.

عند مقارنة الرسوم الرسمية الثلاثة، يمكن تحديد الهيكل الموجود على اليسار على أنه مفضل لأنه يحتوي على رسوم رسمية فقط بقيمة صفر.

كمثال آخر، يمكن أن يحتوي أيون الثيوسيانات، وهو أيون يتكون من ذرة كربون وذرة نيتروجين وذرة كبريت، على ثلاثة تركيبات جزيئية مختلفة: NCS–, CNS–, أو CSN–. يمكن أن تساعد الشحنات الرسمية الموجودة في كل من هذه الهياكل الجزيئية في اختيار الترتيب الأكثر احتمالًا للذرات. هياكل لويس المحتملة والشحنات الرسمية لكل من الهياكل الثلاثة المحتملة لأيون الثيوسيانات هي – الكربون في المركز مع الروابط المزدوجة، والنيتروجين في المركز مع الروابط المزدوجة، والكبريت في المركز مع الروابط المزدوجة. & nbsp ؛

لاحظ أن مجموع الرسوم الرسمية في كل حالة يساوي شحنة الأيون (–1). ومع ذلك، يفضل الترتيب الأول للذرات مع الكربون في المركز لأنه يحتوي على أقل عدد من الذرات ذات الشحنات الرسمية غير الصفرية. كما أنه يضع أقل ذرة كهربية في المركز والشحنة السالبة على العنصر الأكثر كهرسلبية.

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Chapter 7.4 Formal Charges and Resonance.