Cargo formal

En química , una carga formal ( FC o q* ), en la visión covalente del enlace químico , es la carga hipotética asignada a un átomo en una molécula , suponiendo que los electrones en todos los enlaces químicos se comparten por igual entre los átomos, independientemente de la electronegatividad relativa . ^{[ 1 ] [ 2 ]} En términos sencillos, la carga formal es la diferencia entre el número de electrones de valencia de un átomo en un estado libre neutro y el número asignado a ese átomo en una estructura de Lewis . Al determinar la mejor estructura de Lewis (o estructura de resonancia predominante ) para una molécula, la estructura se elige de manera que la carga formal en cada uno de los átomos sea lo más cercana posible a cero. ^{[ 2 ]}

La carga formal de cualquier átomo en una molécula se puede calcular mediante la siguiente ecuación: $${\displaystyle q^{*}=VL-{\frac {B}{2}}}$$

donde V es el número de electrones de valencia del átomo neutro aislado (en su estado fundamental); L es el número de electrones de valencia no enlazantes asignados a este átomo en la estructura de Lewis de la molécula; y B es el número total de electrones compartidos en enlaces con otros átomos en la molécula. ^{[ 2 ]} También se puede encontrar visualmente como se muestra a continuación.

Tanto la carga formal como el estado de oxidación asignan un número a cada átomo individual dentro de un compuesto; se comparan y contrastan en una sección posterior.

• Ejemplo: El CO₂ _es una molécula neutra con un total de 16 electrones de valencia . Existen diferentes maneras de dibujar la estructura de Lewis.
  • El carbono está unido mediante un enlace simple a ambos átomos de oxígeno (carbono = +2, oxígenos = −1 cada uno, carga formal total = 0).
  • El carbono está unido mediante un enlace simple a un oxígeno y mediante un enlace doble a otro (carbono = +1, oxígeno _doble = 0, oxígeno _simple = −1, carga formal total = 0).
  • Carbono unido mediante doble enlace a ambos átomos de oxígeno (carbono = 0, oxígenos = 0, carga formal total = 0)

Aunque las tres estructuras nos dieron una carga total de cero, la estructura final es la superior porque la molécula no tiene ninguna carga.

En la química orgánica , las cargas formales son un elemento esencial para una estructura de Lewis-Kekulé correctamente representada , y una estructura que omite cargas formales distintas de cero se considera incorrecta o, al menos, incompleta. Las cargas formales se dibujan cerca del átomo que las soporta. Para mayor claridad, pueden o no estar encerradas en un círculo.

Por el contrario, esta convención no se sigue en la química inorgánica . Muchos investigadores en química organometálica y la mayoría de los investigadores en química de coordinación omiten las cargas formales, a menos que sean necesarias para enfatizar o para destacar un punto en particular. ^{[ 3 ]} En su lugar, se dibuja una ⌝ en la esquina superior derecha después de la entidad cargada unida covalentemente, seguida inmediatamente por la carga total .

En ocasiones, el símbolo ⌝ de la esquina superior derecha se reemplaza por corchetes que encierran todas las especies cargadas, con la carga total escrita en la esquina superior derecha, justo fuera de los corchetes.

Esta diferencia en la práctica se debe a la asignación relativamente sencilla del orden de enlace, el número de electrones de valencia y, por lo tanto, la carga formal para compuestos que solo contienen elementos de los grupos principales (aunque los compuestos oligoméricos como los reactivos de organolitio y los enolatos tienden a representarse de una manera demasiado simplificada e idealizada), pero los metales de transición tienen un número incierto de electrones de valencia, por lo que no hay una forma inequívoca de asignar cargas formales.

La carga formal es una herramienta para estimar la distribución de carga eléctrica dentro de una molécula. ^{[ 1 ] [ 2 ]} El concepto de estados de oxidación constituye un método alternativo para evaluar la distribución de electrones en las moléculas. Si se comparan las cargas formales y los estados de oxidación de los átomos en el dióxido de carbono , se obtienen los siguientes valores:

La razón de la diferencia entre estos valores radica en que las cargas formales y los estados de oxidación representan formas fundamentalmente distintas de analizar la distribución de electrones entre los átomos de la molécula. Con la carga formal, se supone que los electrones de cada enlace covalente se dividen de forma exactamente igual entre los dos átomos del enlace (de ahí la división por dos en el método descrito anteriormente). La representación de la molécula de CO₂ mediante la carga formal _se muestra a continuación:

El aspecto covalente (compartido) del enlace se sobrevalora al utilizar cargas formales, ya que, en realidad, existe una mayor densidad electrónica alrededor de los átomos de oxígeno debido a su mayor electronegatividad en comparación con el átomo de carbono. Esto se puede visualizar de forma más eficaz en un mapa de potencial electrostático.

Con el formalismo del estado de oxidación, los electrones en los enlaces se "asignan" al átomo con mayor electronegatividad . La representación del estado de oxidación de la molécula de CO₂ _se muestra a continuación:

Los estados de oxidación enfatizan en exceso la naturaleza iónica del enlace; la diferencia de electronegatividad entre el carbono y el oxígeno es insuficiente para considerar que los enlaces son de naturaleza iónica.

En realidad, la distribución de electrones en la molécula se sitúa en algún punto intermedio entre estos dos extremos. La insuficiencia de la visión simple de la estructura de Lewis para las moléculas condujo al desarrollo de la teoría del enlace de valencia , más aplicable y precisa, de Slater , Pauling y otros, y posteriormente a la teoría de los orbitales moleculares desarrollada por Mulliken y Hund .

• Estado de oxidación
• Valencia (química)
• Número de coordinación