بار قراردادی (Formal Charge): محاسبه، مثال‌ها و کاربردها در شیمی
بار قراردادی (FC) یا Formal Charge، یک مفهوم کلیدی در شیمی است که به ما کمک می‌کند توزیع الکترون‌ها را در یک مولکول درک کنیم. به طور ساده، بار قراردادی، تفاوت بین تعداد الکترون‌های والانس یک اتم (در حالت انفرادی) و تعداد الکترون‌هایی است که اتم به طور موثر در مولکول "دارد". این فرض بر این است که الکترون‌های به اشتراک گذاشته شده در پیوندها، به طور مساوی بین دو اتم پیوندی تقسیم می‌شوند.
محاسبه بار قراردادی با استفاده از فرمول زیر انجام می‌شود:
FC = eV - eN - eB/2
در این فرمول:
- eV: تعداد الکترون‌های والانس اتم در حالت انفرادی (زمانی که از مولکول جدا شده باشد).
- eN: تعداد الکترون‌های والانس غیرپیوندی (جفت الکترون‌های تنها) روی اتم در مولکول.
- eB: تعداد الکترون‌هایی که در پیوند با اتم‌های دیگر در مولکول به اشتراک گذاشته شده‌اند.
با محاسبه بار قراردادی برای هر اتم در یک مولکول، می‌توانیم تصویری از توزیع بار الکتریکی در سراسر مولکول به دست آوریم. این اطلاعات می‌تواند در تعیین ساختار لوویس محتمل‌تر و بررسی پایداری مولکول مفید باشد.
مثال: محاسبه بار قراردادی در مولکول دی‌اکسید کربن (CO2)
دی‌اکسید کربن (CO2) یک مولکول خنثی با 16 الکترون والانس است. برای درک بهتر نحوه محاسبه بار قراردادی، ساختار لوویس این مولکول را در نظر می‌گیریم. چندین روش برای رسم ساختار لوویس CO2 وجود دارد که در هر کدام، اتم‌ها به شکل متفاوتی به یکدیگر متصل شده‌اند:
- حالت اول: اتم کربن با هر دو اتم اکسیژن پیوند دوگانه تشکیل می‌دهد (C=O=C). در این حالت، بار قراردادی کربن صفر، بار قراردادی هر اکسیژن نیز صفر و در نتیجه بار قراردادی کل مولکول صفر است.
- حالت دوم: اتم کربن با یک اتم اکسیژن پیوند یگانه و با اتم اکسیژن دیگر پیوند دوگانه تشکیل می‌دهد (C-O=C). در این حالت، بار قراردادی کربن +1، بار قراردادی اکسیژن با پیوند دوگانه صفر و بار قراردادی اکسیژن با پیوند یگانه -1 است. مجموع بار قراردادی کل مولکول همچنان صفر است.
- حالت سوم: اتم کربن با هر دو اتم اکسیژن پیوند یگانه تشکیل می‌دهد (C-O-C). در این حالت، بار قراردادی کربن +2 و بار قراردادی هر اتم اکسیژن -1 است. مجموع بار قراردادی کل مولکول همچنان صفر است.
اگرچه هر سه حالت، بار قراردادی کلی صفر را نشان می‌دهند، اما حالت اول (پیوند دوگانه بین کربن و هر دو اکسیژن) پایدارترین و محتمل‌ترین ساختار است. دلیل این امر این است که در این حالت، هیچ‌گونه باری روی اتم‌ها وجود ندارد و مولکول در پایدارترین وضعیت خود قرار دارد. محاسبه بار قراردادی به ما کمک می‌کند تا بین ساختارهای لوویس مختلف، پایدارترین و محتمل‌ترین ساختار را انتخاب کنیم.
نکات کلیدی درباره بار قراردادی (Formal Charge)
- بار قراردادی (FC)، یک بار فرضی است که به اتم‌ها در یک مولکول نسبت داده می‌شود.
- بار قراردادی از طریق کم کردن نصف تعداد الکترون‌های به اشتراک گذاشته شده در پیوندها و تعداد الکترون‌های غیرپیوندی، از تعداد الکترون‌های والانس اتم محاسبه می‌شود.
- بار قراردادی ابزاری برای تخمین نحوه توزیع بار الکتریکی در یک مولکول است و به ما در درک پایداری و رفتار مولکول‌ها کمک می‌کند.
- شیمی
- علم
