1. 在極性鍵結中,部分正電 (δ+) 和部分負電 (δ-) 是『真正』的電荷量。而形式電荷是一種方便我們計算電子的方法,它有可能“是”或“不是”真正的電荷量。
為了計算形式電荷,首先以下這兩項假設要成立:
(1) 孤對電子完全屬於該原子擁有。
(2) 成對電子平均分配給鍵結的兩個原子。
形式電荷公式:
形式電荷 (FC) = [該原子第幾族] - [孤對電子數]- 1/2 [鍵結電子數]
Formal charge (FC) = [group number]-[nonbonding electrons]- 1/2[shared electrons]
p.s 公式中[該原子第幾族]的意義為,該原子的價電子數有幾個
其實形式電荷主要是要算,該原子的價電子數,在鍵結形成分子後,得到或失去幾個電子。
EX:以H3O+為例:
(1)中間的O原子為第六族,有6個價電子,在這個分子中,O有兩個孤對電子(紅色)以及6個鍵結電子(藍色),符合八隅體的穩定型態。將數值套入上述公式
形式電荷 (FC) = [該原子第幾族] - [孤對電子數]- 1/2 [鍵結電子數]
O原子的形式電荷 = [6] - [2] - 1/2[6] = +1
也就是說,原本有6個價電子的O原子在形成H3O+這個分子以後,失去了一個電子,故帶 +1電。
(2) H原子為第一族,有一個價電子,旁邊沒有孤對電子,有兩個共享電子
H原子的形式電荷 = [1] - [0] - 1/2[2] = 0
2. 熟練形式電荷後,在這個分子符合『八隅律』的情形下,我們可以發現一個規律:
譬如說,O原子正常來說是接兩個鍵,如果O只接了一個鍵,我們可以很直覺的標記O為 -1,有了這個經驗,我們就不用每次都要算形式電荷才能得到答案。
3. 我們可以利用以上的觀念,來畫出分子的路易士結構:
EX: CH3NO
此分子的總電荷為0,依照N有三個鍵結,O有兩個鍵結的規律畫出來
但是當我們遇到一個分子,它畫出來之結構的電荷總和,不等於分子的總電荷(不符合八隅律),就代表我們畫錯了,這個時候就需要考慮其他種畫法
EX:CH3NO2
依照過往的經驗,N接三個鍵,O接一個鍵時為-1去畫,則結構的電荷總合為-2,與分子的總電荷0不符;若改成O接兩個鍵去畫,則中間的N會違反八隅律,兩種都是錯誤的結果
正確的畫法: