Formální náboj i oxidační číslo jsou
způsoby, jak počítat elektrony v molekulách. Jsou to velmi
užitečné koncepty. Začněme
s formálním nábojem. Dle jedné z jeho definic se jedná
o hypotetický náboj, který bychom dostali, pokud by všechny elektrony
ve vazbách byly sdíleny rovnoměrně. Ukážeme si to tady na elektronové
struktuře methanolu. Jaký bude formální
náboj na uhlíku? Musíme se podívat
na elektrony ve vazbách, na kterých se
podílí tento uhlík. Víme, že každá vazba
se skládá ze dvou elektronů. Vazba mezi kyslíkem a uhlíkem
se skládá ze dvou elektronů. Nakreslím tedy
tyto dva elektrony. To samé platí pro vazbu
mezi vodíkem a uhlíkem. Každá vazba se skládá
ze dvou elektronů, takže můžu všude přidat
tyto vazebné elektrony. Pro určení formálního náboje na uhlíku
musíme zjistit počet valenčních elektronů, který má volný
neutrální atom uhlíku. Asi si pamatujete, že uhlík má
čtyři valenční elektrony, takže sem
napíšu čtyřku. Od těch čtyř odečteme počet valenčních
elektronů ve vázaném atomu, neboli počet valenčních elektronů, které
má uhlík v našem elektronovém vzorci. A protože se bavíme
o formálním náboji, předpokládáme, že všechny vazebné
elektrony, jsou sdíleny rovnoměrně. Předpokládáme tedy
kovalentní vazbu. Pokud máme dva elektrony a jednu vazbu
a ty elektrony jsou sdíleny rovnoměrně, můžeme je rozdělit. Mohli bychom jeden elektron dát kyslíku
a druhý elektron uhlíku v této vazbě. U vazby mezi uhlíkem a vodíkem
můžeme udělat to samé. Máme dva elektrony
a můžeme je rovnoměrně rozdělit. Můžeme dát jeden
uhlíku a druhý vodíku. A tohle můžeme udělat
úplně u všech vazeb. Rozdělit elektrony
a to samé tady. Kolik valenčních elektronů vidíme
nyní okolo uhlíku? Zvýrazním je. Tady je jeden,
dva, tři, čtyři. To je počet valenčních elektronů
uhlíku v našem vzorci. Takže čtyři minus
čtyři je nula. Tento uhlík má formální
náboj roven nule. Zvýrazním to. V této molekule je formální
náboj uhlíku nula. Přesuňme se
k oxidačním stavům. Mohli bychom jim také říkat
oxidační čísla. Oxidační stav je hypotetický
náboj, který bychom získali, pokud by vazebné elektrony byly přiděleny
k elektronegativnějšímu atomu ve vazbě. Pojďme k elektronové struktuře methanolu
a přiřaďme uhlíku oxidační stav. Opět se musíme soustředit na vazebné
elektrony, takže je tu vyznačím. Víme, že každá vazba se
skládá ze dvou elektronů. Dávám tedy do každé
vazby dva elektrony. Jaký bude oxidační
stav tohoto uhlíku? Nejdříve musíme vědět počet valenčních
elektronů volného atomu. Už víme, že uhlík by měl mít
čtyři valenční elektrony. Od čtyřky nyní odečteme počet
valenčních elektronů ve vázaném atomu neboli počet valenčních elektronů,
které má uhlík v našem vzorci. Nyní předpokládáme
iontovou vazbu, takže budeme předstírat,
že tato kovalentní vazba je iontová. Přiřadíme totiž všechny vazebné elektrony
k elektronegativnějšímu atomu. Žádné sdílení. Vítěz bere vše. Elektronegativnější atom
dostane všechny elektrony. Pojďme se podívat na hodnoty
elektronegativity uhlíku a kyslíku. Víme, že kyslík je více
elektronegativní než uhlík. Kyslík si vezme oba
elektrony z vazby. Kyslík dostane
oba elektrony. Nyní porovnejme hodnoty
elektronegativity vodíku a uhlíku. Víme, že uhlík je o trochu
elektronegativnější než vodík. Uhlík si tedy vezme
oba dva elektrony, jelikož je elektronegativnější
než vodík. To samé platí pro ostatní vazby
mezi uhlíkem a vodíkem. Uhlík je více elektronegativní
než vodík, takže bere vše. Uhlík je více elektronegativní
než vodík, takže si je vezme. Takže kolik elektronů
máme na uhlíku teď? Spočítejme je. To je jeden, dva, tři,
čtyři, pět, šest. Máme šest
elektronů okolo uhlíku. Čtyři minus
šest je minus dva. V tomto případě má uhlík
oxidační stav minus dva. Pokud počítáte oxidační stav,
neplatí žádné sdílení elektronů. Najděte elektronegativnější atom
a přiřaďte k němu oba vazebné elektrony. Formální náboj i oxidační stav
jsou jen velmi krajní případy. Je to takové
elektronové účetnictví. Určitě nejsou perfektní. Předpokládáme, že elektrony
jsou buď sdíleny zcela rovnoměrně, nebo že si jeden
atom vezme oba elektrony. Žádný z těchto konceptů neplatí
zcela v reálném světě, ale jsou užitečné při kreslení elektronových
struktur a pochopení chemických reakcí.