Carga formal: fórmula, como calcular e exemplos

A carga formal (CF) é aquela que é atribuída a um átomo de uma molécula ou íon, o que permite que suas estruturas e propriedades químicas sejam explicadas com base nela. Este conceito implica a consideração do caráter máximo de covalência no link AB; isto é, o par de elétrons é compartilhado igualmente entre A e B.

Para entender o acima na imagem abaixo, dois átomos ligados são mostrados: um designado com a letra A e o outro com a letra B. Como pode ser visto, na interceptação dos círculos, um link é formado com o par “:”. Nesta molécula heteronuclear, se A e B têm eletronegatividades iguais, o par “:” permanece equidistante de ambos, A e B.

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

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

Benefícios qualitativos do uso de carga formal

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

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

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Dessa maneira, é possível atribuir uma carga positiva (+) se o átomo perder um elétron ou uma carga negativa (-) quando, pelo contrário, um elétron ganha (os sinais devem ser escritos dentro de um círculo).

Assim, embora os elétrons não possam ser localizados exatamente, essas cargas formais (+) e (-) nas estruturas se ajustam na maioria dos casos às propriedades químicas esperadas.

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

Fórmula e como calculá-la

As acusações 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 alcançado através da seguinte fórmula:

CF = (número do grupo de átomos) – (número de ligações que forma) – (número de elétrons não compartilhados)

Se o átomo tiver um CF com o valor +1, é atribuída uma carga positiva (+); enquanto que se tiver um CF com o valor -1, é atribuída uma carga negativa (-).

Para calcular corretamente o CF, as seguintes etapas devem ser seguidas:

– Local em qual grupo o átomo está dentro da tabela periódica.

– Conte o número de links que forma com seus vizinhos: ligações duplas (=) valem dois e ligações triplas valem três (≡).

– Finalmente, conte o número de elétrons não compartilhados, o que pode ser facilmente observado nas estruturas de Lewis.

Variações do cálculo de acordo com a estrutura

Dada a molécula linear ABCD, as cargas formais para cada átomo podem variar se a estrutura, por exemplo, agora for escrita como: BCAD, CABD, ACDB, etc. Isso ocorre porque existem átomos que, compartilhando mais elétrons (formando mais ligações), adquirem CFs positivos ou negativos.

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Então, qual das três estruturas moleculares possíveis corresponde ao composto ABCD? A resposta é: uma que geralmente possui os menores valores 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, ao compartilhar mais elétrons, eles consequentemente adquirem cargas formais positivas (vistas de uma regra mnemônica).

Assim, a estrutura mais estável e a mais favorecida em termos energéticos é a CABD, uma vez que, tanto C quanto B formam apenas um elo. Por outro lado, a estrutura ABCD e aquelas com C ou B formando dois elos (–C– ou –D–) são mais instáveis.

Qual de todas as estruturas é a mais instável? ACDB, porque não apenas C e D formam duas ligações, mas também suas cargas formais negativas (-) são adjacentes uma à outra, desestabilizando ainda mais a estrutura.

Exemplos de cálculos formais de carga

BF 4 (íon tetrafluoroborato)

O átomo de boro é cercado por quatro átomos de flúor. Como B pertence ao grupo IIIA (13), ele não possui elétrons não compartilhados e forma quatro ligações covalentes, seu CF deve ser (3-4-0 = -1). Por outro lado, para F, elemento do grupo VIIA (17), seu CF é (7-6-1 = 0).

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

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

BeH 2 (hidreto de berílio)

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

CF Be = 2-2-0 = 0

CF H = 1-1-0 = 0

Carga BeH 2 = 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 IVA) e o O (do grupo VIA), você tem:

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CF C = 4-3-2 = -1

CF O = 6-3-2 = +1

Este é um exemplo em que as cobranças formais não se encaixam na natureza dos elementos. O O é mais eletronegativo que o C e, portanto, não deve ser positivo.

As outras estruturas (C = O e (+) CO (-) ), embora cumpram a atribuição consistente de cargas, não cumprem a regra do octeto (C possui menos de oito elétrons de valência).

NH 4 + (íon amônio), NH 3 e NH 2 (íon amida)

Quanto mais elétrons o N compartilha, mais positivo é o seu CF (até o íon amônio, pois ele não tem disponibilidade de energia para formar cinco ligações).

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

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

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

E finalmente:

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

Ou seja, no NH 2 N tem quatro elétrons não compartilhados e compartilha tudo quando forma NH 4 + . O CF para o H é igual a 0 e, portanto, seu cálculo é salvo.

Referências

  1. James (2018). Uma habilidade essencial: Como calcular a cobrança formal. Recuperado em 23 de maio de 2018, de: masterorganicchemistry.com
  2. Dr. Ian Hunt Departamento de Química, Universidade de Calgary. Acusações formais . Recuperado em 23 de maio de 2018, de: chem.ucalgary.ca
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  4. Jeff D. Cronk. Cobrança formal Recuperado em 23 de maio de 2018, de: guweb2.gonzaga.edu
  5. Whitten, Davis, Peck e Stanley. Química (8a ed.). CENGAGE Learning, p. 268-270.
  6. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica (Quarta edição., P. 38). Mc Graw Hill
  7. Monica Gonzalez (10 de agosto de 2010). Cobrança formal Recuperado em 23 de maio de 2018, de: quimica.laguia2000.com

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