MUATAN FORMAL: RUMUS, CARA MENGHITUNG DAN CONTOH - KIMIA - 2025

The muatan formal (CF) adalah salah satu yang ditugaskan untuk sebuah atom dari molekul atau ion, yang memungkinkan untuk menjelaskan struktur dan sifat kimia berdasarkan itu. Konsep ini menyiratkan pertimbangan karakter maksimum kovalensi dalam ikatan AB; artinya, pasangan elektron terbagi rata antara A dan B.

Untuk memahami hal di atas, gambar di bawah ini menunjukkan dua atom yang saling terkait: satu ditandai dengan huruf A dan yang lainnya dengan huruf B. Seperti dapat dilihat, dalam perpotongan lingkaran, sebuah ikatan dibentuk dengan pasangan ":". Dalam molekul heteronuklir ini, jika A dan B memiliki keelektronegatifan yang sama, pasangan ":" tetap berjarak sama dari A dan B.

Namun, karena dua atom yang berbeda tidak dapat memiliki sifat yang identik, pasangan ":" tertarik ke atom yang lebih elektronegatif. Dalam kasus ini, jika A lebih elektronegatif daripada B, pasangan ":" lebih dekat ke A daripada B. Kebalikannya terjadi ketika B lebih elektronegatif daripada A, sekarang mendekati ":" ke B.

Jadi, untuk menetapkan muatan formal ke A dan B, perlu mempertimbangkan kasus pertama (yang di atas gambar). Jika ikatan kovalen AB murni putus, maka akan terjadi pemutusan homolitik, menghasilkan radikal bebas A · dan · B.

Manfaat kualitatif dari penggunaan kargo formal

Elektron tidak tetap, seperti pada contoh sebelumnya, tetapi bergerak dan hilang melalui atom-atom molekul atau ion. Jika ini adalah molekul diatomik, diketahui bahwa pasangan ":" harus berbagi atau berkeliaran di antara kedua atom; hal yang sama terjadi pada molekul tipe ABC, tetapi dengan kompleksitas yang lebih besar.

Namun, ketika mempelajari atom dan mengasumsikan kovalensi seratus persen dalam ikatannya, lebih mudah untuk menentukan apakah atom memperoleh atau kehilangan elektron dalam senyawa. Untuk menentukan untung atau rugi ini, status dasar atau bebas Anda harus dibandingkan dengan lingkungan elektronik Anda.

Dengan cara ini, dimungkinkan untuk menetapkan muatan positif (+) jika atom kehilangan elektron, atau muatan negatif (-) ketika, sebaliknya, ia memperoleh elektron (tanda-tandanya harus ditulis di dalam lingkaran).

Jadi, meskipun elektron tidak dapat ditempatkan secara tepat, muatan formal (+) dan (-) pada struktur ini dalam banyak kasus sesuai dengan sifat kimia yang diharapkan.

Artinya, muatan formal atom berkaitan erat dengan geometri molekul lingkungannya dan reaktivitasnya di dalam senyawa.

Formula dan cara menghitungnya

Apakah pungutan resmi diberikan secara sewenang-wenang? Jawabannya adalah tidak. Untuk ini, keuntungan atau kerugian elektron harus dihitung dengan asumsi ikatan kovalen murni, dan ini dicapai melalui rumus berikut:

CF = (nomor kelompok atom) - (jumlah ikatan yang terbentuk) - (jumlah elektron yang tidak dibagi)

Jika atom memiliki CF dengan nilai +1, atom tersebut diberi muatan positif (+); sedangkan jika Anda memiliki CF dengan nilai -1, maka muatan negatif (-) diberikan padanya.

Untuk menghitung CF dengan benar, langkah-langkah berikut harus diikuti:

- Cari di kelompok mana atom itu ditemukan dalam tabel periodik.

- Hitung jumlah ikatan yang terbentuk dengan tetangganya: ikatan rangkap (=) bernilai dua dan ikatan rangkap tiga bernilai tiga (≡).

- Terakhir, hitung jumlah elektron yang tidak terbagi, yang dapat dengan mudah diamati dengan struktur Lewis.

Variasi perhitungan sesuai dengan strukturnya

Mengingat molekul linier ABCD, muatan formal untuk setiap atom dapat bervariasi jika strukturnya, misalnya, sekarang ditulis sebagai: BCAD, CABD, ACDB, dll. Ini karena ada atom yang, dengan berbagi lebih banyak elektron (membentuk lebih banyak ikatan), memperoleh CF positif atau negatif.

Jadi, manakah dari tiga kemungkinan struktur molekul yang sesuai dengan senyawa ABCD? Jawabannya adalah: salah satu yang umumnya memiliki nilai CF terendah; demikian pula, atom yang memberikan muatan negatif (-) ke atom yang paling elektronegatif.

Jika C dan D lebih elektronegatif daripada A dan B, maka dengan berbagi lebih banyak elektron, mereka memperoleh muatan formal positif (dilihat dari aturan mnemonik).

Jadi, struktur yang paling stabil, dan yang paling disukai secara energetik, adalah CABD, karena di sini C dan B hanya membentuk satu ikatan. Di sisi lain, struktur ABCD dan yang memiliki C atau B yang membentuk dua ikatan (–C– atau –D–), lebih tidak stabil.

Manakah dari semua struktur yang paling tidak stabil? ACDB, karena tidak hanya C dan D yang membentuk dua ikatan, tetapi juga muatan negatif formalnya (-) berdekatan satu sama lain, yang selanjutnya membuat struktur tidak stabil.

Contoh perhitungan beban formal

BF

Atom boron dikelilingi oleh empat atom fluor. Karena B termasuk dalam golongan IIIA (13) ia tidak memiliki elektron yang tidak terbagi dan membentuk empat ikatan kovalen, CF-nya adalah (3-4-0 = -1). Sebaliknya, untuk F, unsur golongan VIIA (17), CF-nya adalah (7-6-1 = 0).

Untuk menentukan muatan ion atau molekul, cukup dengan menambahkan CF individu dari atom yang menyusunnya: (1 (-1) + 4 (0) = -1).

Namun, CF untuk B tidak memiliki arti yang sebenarnya; artinya, kerapatan elektron tertinggi tidak terletak di atasnya. Pada kenyataannya, kerapatan elektron ini didistribusikan ke empat atom F, unsur yang jauh lebih elektronegatif daripada B.

BeH

Atom berilium termasuk dalam golongan IIA (2), membentuk dua ikatan dan, sekali lagi, tidak memiliki elektron yang tidak terbagi. Jadi, CF untuk Be dan H adalah:

CF _Be = 2-2-0 = 0

CF _H = 1-1-0 = 0

Beban BeH ₂ = 1 (0) + 2 (0) = 0

CO (karbon monoksida)

Struktur Lewisnya dapat direpresentasikan sebagai: C≡O: (meskipun memiliki struktur resonansi lain). Mengulangi perhitungan CF, kali ini untuk C (dari grup IVA) dan O (dari grup VIA), kita punya:

CF _C = 4-3-2 = -1

CF _O = 6-3-2 = +1

Ini adalah contoh di mana muatan formal tidak sesuai dengan sifat unsur. O lebih elektronegatif daripada C dan oleh karena itu tidak membawa positif.

Struktur lainnya (C = O dan ⁽⁺⁾ CO ^(-) ), meskipun memenuhi penetapan muatan koheren, tidak sesuai dengan aturan oktet (C memiliki kurang dari delapan elektron valensi).

NH

semakin banyak elektron yang berbagi N, semakin positif CF-nya (bahkan ion amonium, karena tidak memiliki ketersediaan energi untuk membentuk lima ikatan).

Dengan menerapkan perhitungan yang sama untuk N dalam ion amonium, amonia, dan ion amida, kita mendapatkan:

CF = 5-4-0 = +1 (NH ₄ ⁺ )

CF = 5-3-2 = 0 (NH ₃ )

Dan akhirnya:

CF = 5-2-4 = -1 (NH ₂ ^- )

Artinya, dalam NH ₂ ^- N memiliki empat elektron yang tidak terbagi, dan ia berbagi semuanya ketika membentuk NH ₄ ⁺ . CF untuk H sama dengan 0 dan karena itu kalkulasi Anda disimpan.

Referensi

1. James. (2018). Keterampilan Utama: Bagaimana Menghitung Muatan Formal. Diperoleh pada 23 Mei 2018, dari: masterorganicchemistry.com
2. Dr Ian Hunt. Departemen Kimia, Universitas Calgary. Biaya Formal. Diperoleh pada 23 Mei 2018, dari: chem.ucalgary.ca
3. Biaya Formal. . Diperoleh pada 23 Mei 2018, dari: chem.ucla.edu
4. Jeff D. Cronk. Muatan formal. Diperoleh pada 23 Mei 2018, dari: guweb2.gonzaga.edu
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia. (Edisi ke-8). CENGAGE Learning, hlm. 268-270.
6. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat., Hal.38). Mc Graw Hill.
7. Monica Gonzalez. (10 Agustus 2010). Muatan formal. Diperoleh pada 23 Mei 2018, dari: quimica.laguia2000.com