الشحنة الرسمية

لحساب الشحنة الرسمية للكربون في CO₂: أولاً، الكربون يقع في المجموعة 14، لذا عدد إلكترونات التكافؤ V = 4. في بنية لويس لـ CO₂، الكربون يشكل رابطتين مزدوجتين مع كل ذرة أكسجين، أي أن عدد الروابط B = 2 (لاحظ أن الرابطة المزدوجة تحتسب كرابطة واحدة). إلكترونات التكافؤ: 4. الإلكترونات غير الرابطة: في بنية لويس، لا تحتوي ذرة الكربون على أي أزواج حرة، لذا N = 0. بالتطبيق: FC = V - N - B = 4 - 0 - 2 = +2. ولكن هذا غير صحيح؟ دعنا نراجع: في الواقع، بنية لويس الصحيحة لـ CO₂ هي O=C=O، والكربون له 4 روابط (رابطتان مزدوجتان، لكن عند حساب الشحنة الرسمية، نأخذ عدد الروابط. الرابطة المزدوجة تمد ذرتين بإلكترونين لكل منهما، لكن في الصيغة المبسطة FC = V - N - B، حيث B هو عدد الروابط (أي عدد أزواج الإلكترونات المشاركة)، فإن الرابطة المزدوجة تعتبر رابطة واحدة. لكن هذا قد يؤدي إلى خطأ. الصيغة الصحيحة هي FC = V - N - (1/2) * إلكترونات الرابطة. حيث إلكترونات الرابطة = 2 * عدد الروابط. لذا FC = V - N - (عدد الروابط) لأن (1/2)*2*B = B. لذا نعم، FC = V - N - B. في CO₂، الكربون لديه 4 إلكترونات تكافؤ، 0 غير رابطة، وعدد الروابط = 2 (رابطتان مزدوجتان). إذن FC = 4 - 0 - 2 = +2. لكن الشحنة الرسمية للكربون في CO₂ هي في الواقع 0. أين الخطأ؟ السبب أن بنية لويس لـ CO₂ تحتوي على روابط مزدوجة، ولكن عند حساب الرابطة، كل رابطة مزدوجة تحتوي على زوجين من الإلكترونات، وبالتالي يجب أن تعتبر كرابطتين. إذا استخدمنا B كعدد أزواج الإلكترونات الرابطة (أي عدد الروابط الفردية)، فإن الرابطة المزدوجة تساوي 2. لذا يجب توضيح أن B هو عدد أزواج الإلكترونات الرابطة، وليس عدد الروابط. في معظم السياقات، يرمز B إلى عدد الروابط (كل رابطة أحادية ومزدوجة وثلاثية تعتبر رابطة واحدة). لذلك في هذا المثال، إذا استخدمنا التعريف الشائع، نحتاج إلى توخي الحذر. الأفضل استخدام الصيغة: FC = V - N - (عدد الإلكترونات الرابطة)/2. إذا كانت الرابطة المزدوجة تحتوي على 4 إلكترونات رابطة (أي 2 زوج)، فإن FC = 4 - 0 - 4/2 = 4 - 2 = 2. لا يزال +2. في CO₂، الكربون له شحنة رسمية صفر لأن له 4 إلكترونات تكافؤ، وكل روابطه الأربعة (رابطتان مزدوجتان) تعطيه 4 إلكترونات رابطة، ونصفها 2، بالإضافة إلى 0 غير رابطة، المجموع 4-2-0=2؟ هذا غير صحيح. بالعودة إلى بنية لويس الفعلية: الكربون في CO₂ له هيكل خطي، وكل رابطة C=O هي رابطة مزدوجة. في حساب الشحنة الرسمية، نوزع إلكترونات الرابطة بالتساوي. للكربون: V=4، N=0، عدد إلكترونات الرابطة = 8 (أربعة أزواج)، لذلك FC = 4 - 0 - (8/2) = 4 - 4 = 0. لذا يجب أن يكون الإدخال الصحيح: N=0، عدد إلكترونات الرابطة = 8. ولكن في الحاسبة، الإدخال هو 'bonds' والذي قد يعني عدد الروابط وليس عدد الإلكترونات. لذلك من الأفضل استخدام الصيغة: FC = V - N - B، حيث B هو عدد أزواج الإلكترونات الرابطة (أي عدد الروابط الأحادية + 2 × الروابط المزدوجة + 3 × الروابط الثلاثية). لذلك في CO₂، الروابط المزدوجة: (2 روابط مزدوجة) تعطي B = 2 + 2 = 4. إذن FC = 4 - 0 - 4 = 0. لذلك يجب على المستخدم إدخال B كعدد أزواج الإلكترونات الرابطة، وليس عدد الروابط فقط. في التعليمات، سنوضح ذلك. لذا الإجابة النهائية: الكربون في CO₂ له شحنة رسمية صفر.

لحساب الشحنة الرسمية للأكسجين في OH⁻: الأكسجين في المجموعة 16، لذا V = 6. في بنية لويس، الأكسجين مرتبط بالهيدروجين برابطة أحادية، ويحتوي على 3 أزواج حرة (6 إلكترونات غير رابطة). عدد أزواج الإلكترونات الرابطة: رابطة واحدة أحادية = 1 زوج. إذن B = 1. N = 6. تطبيق الصيغة: FC = V - N - B = 6 - 6 - 1 = -1. لذا الشحنة الرسمية للأكسجين هي -1. وهذا يتوافق مع شحنة الأيون الكلية (-1) حيث أن الهيدروجين له شحنة رسمية صفر. لاحظ أن حساب الشحنة الرسمية يساعد في تحديد توزيع الشحنات في الأيون.