2.4: اتهامات رسمی
- Page ID
- 215637
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)نزدیک به ایده های قطبیت پیوند و گشتاور دوقطبی، تخصیص بارهای رسمی به اتم های خاص درون یک مولکول است، به ویژه اتم هایی که تعداد پیوندهای ظاهرا «غیر طبیعی» دارند. به عنوان مثال، به دی متیل سولفوکسید (CH 3 SOCH 3) نگاه کنید، یک حلال که معمولا برای حفظ خطوط سلولی بیولوژیکی در دمای پایین استفاده می شود. اتم گوگرد در دی متیل سولفوکسید به جای دو پیوند معمولی دارای سه پیوند است و دارای بار مثبت رسمی است. در مقابل، اتم اکسیژن به جای دو پیوند معمولی، یک پیوند دارد و دارای بار منفی رسمی است. توجه داشته باشید که یک نقشه پتانسیل الکترواستاتیک دی متیل سولفوکسید، اکسیژن را به عنوان منفی (قرمز) و گوگرد را به عنوان نسبتا مثبت (آبی)، مطابق با بارهای رسمی نشان می دهد.
بارهای رسمی، همانطور که از نامش پیداست، یک فرمالیسم هستند و به معنای وجود بارهای یونی واقعی در یک مولکول نیستند. در عوض، آنها وسیله ای برای «حسابداری» الکترون هستند و می توان به روش زیر فکر کرد: یک پیوند کووالانسی معمولی زمانی تشکیل می شود که هر اتم یک الکترون اهدا کند. اگر چه الکترونهای پیوندی توسط هر دو اتم به اشتراک گذاشته می شوند، هر اتم هنوز هم می تواند به عنوان «صاحب» یک الکترون برای اهداف حسابداری در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، در متان، اتم کربن دارای یک الکترون در هر یک از چهار پیوند C—H است. از آنجا که یک اتم کربن خنثی و جدا شده دارای چهار الکترون ظرفیت است و از آنجا که اتم کربن در متان هنوز چهار الکترون دارد، اتم کربن متان خنثی است و هیچ بار رسمی ندارد.
همین امر برای اتم نیتروژن در آمونیاک صادق است که دارای سه پیوند کووالانسی N—H و دو الکترون غیر پیوندی (یک جفت تنها) است. نیتروژن اتمی دارای پنج الکترون ظرفیت است و نیتروژن آمونیاک نیز دارای پنج است - یکی در هر یک از سه پیوند N—H مشترک به علاوه دو در جفت تنها. بنابراین، اتم نیتروژن در آمونیاک هیچ بار رسمی ندارد.
وضعیت در دی متیل سولفوکسید متفاوت است. گوگرد اتمی دارای شش الکترون ظرفیت است، اما دی متیل سولفوکسید گوگرد دارای تنها پنج است - یکی در هر یک از دو پیوند تک S-C، یکی در پیوند تک S-O و دو در یک جفت تنها. بنابراین، اتم گوگرد به طور رسمی یک الکترون را از دست داده و بنابراین دارای بار رسمی مثبت است. یک محاسبه مشابه برای اتم اکسیژن نشان می دهد که به طور رسمی یک الکترون به دست آورده و دارای بار منفی است. اکسیژن اتمی دارای شش الکترون ظرفیت است، اما اکسیژن در دی متیل سولفوکسید دارای هفت است - یکی در پیوند O-S و دو در هر یک از سه جفت تنها. بنابراین، اکسیژن به طور رسمی یک الکترون به دست آورده و دارای بار رسمی منفی است.
برای بیان محاسبات به طور کلی، بار رسمی یک اتم برابر است با تعداد الکترون های ظرفیت در یک اتم خنثی، جدا شده منهای تعداد الکترون های متعلق به آن اتم پیوند در یک مولکول. تعداد الکترون ها در اتم پیوند، به نوبه خود، برابر با نیمی از تعداد الکترون های پیوند به علاوه الکترون های غیر پیوندی، جفت تنها است.
\[\begin{align*} \text{Formal Charge} &= (\text{Number of valence electron in free atom}) - (\text{Number of valence electrons in bonded atom}) \\[4pt] &= (\text{Number of valence electron in free atom}) - \left(\dfrac{\text{Number of bonding electrons}}{2} + \text{Number of nonbonding electrons}\right) \end{align*}\]
خلاصه ای از بارهای رسمی که معمولاً با آنها روبرو می شوند و موقعیت های پیوندی که در آن رخ می دهد در جدول آورده شده است\(\PageIndex{1}\). اگرچه فقط یک دستگاه حسابداری است، اتهامات رسمی اغلب سرنخ هایی در مورد واکنش شیمیایی ارائه می دهد، بنابراین مفید است که بتوانید آنها را به درستی شناسایی و محاسبه کنید.
| اتم | ج | ن | ای | S | پ | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ساختار | |||||||||||
| الکترون ظرفیت | ۴ | ۴ | ۴ | ۵ | ۵ | ۶ | ۶ | ۶ | ۶ | ۵ | |
| تعداد اوراق قرضه | ۳ | ۳ | ۳ | ۴ | ۲ | ۳ | ۱ | ۳ | ۱ | ۴ | |
| تعداد الکترونهای غیر پیوندی | ۱ | ۰ | ۲ | ۰ | ۴ | ۲ | ۶ | ۲ | ۶ | ۰ | |
| شارژ رسمی | ۰ | +1 | —۱ | +1 | —۱ | +1 | —۱ | +1 | —۱ | +1 | |
بارهای رسمی اتم های غیر هیدروژن را در مولکول های زیر محاسبه کنید:
- دیازومتان،: \(\quad \mathrm{H}_2 \mathrm{C}=\mathrm{N}=\ddot{\mathrm{N}}\)
- استونیتریل اکسید، \(\quad \mathrm{H}_3 \mathrm{C}-\mathrm{C} \equiv \mathrm{N}-\ddot{\mathrm{O}}:\)
- متیل ایزوسیانید،: \(\quad \mathrm{H}_3 \mathrm{C}-\mathrm{N} \equiv \mathrm{C}\)
- پاسخ
-
- برای کربن: FC = 4 − 8/2 − 0 = 0 برای نیتروژن میانی: FC = 5 − 8/2 − 0 = +1 برای نیتروژن پایانی: FC = 5 − 4/2 − 4 = -1
- برای نیتروژن: FC = 5 − 8/2 − 0 = +1 برای اکسیژن: FC = 6 − 2/2 − 6 = -1
- برای نیتروژن: FC = 5 − 8/2 − 0 = +1 برای کربن پیوندی: FC = 4 − 6/2 − 2 = -1
گروههای فسفات آلی معمولاً در مولکولهای زیستی وجود دارند. بارهای رسمی چهار اتم O را در دی آنیون متیل فسفات محاسبه کنید.
- پاسخ
-
