Formální náboj na kyslíku

Již jsme viděli, že formální náboj je roven počtu valenčních elektronů na izolovaném atomu minus počet valenčních elektronů na vázaném atomu. Jinými slovy, formální náboj je roven počtu valenčních elektronů, které by atom měl mít, od čehož odečteme valenční elektrony, které zde atom skutečně má. Pojďme určit formální náboj kyslíku v této molekule. Pamatujme, že každá vazba je tvořena dvěma elektrony. I tato vazba je tedy tvořena dvěma elektrony. A tato vazba také. Naším cílem je nalézt formální náboj kyslíku. Ten je roven počtu valenčních elektronů izolovaného atomu, neboli počtu valenčních elektronů, které by měl kyslík mít, což je šest. Od toho odečteme počet elektronů, které kyslík skutečně na obrázku má. Pokud je zde vazba tvořená dvěma elektrony, přiřadíme oběma atomům po jednom elektronu. Jeden z těchto dvou elektronů tedy připadne kyslíku. To stejné platí pro tuto vazbu. Jeden elektron připadne kyslíku, druhý vodíku. Nyní máme okolo kyslíku šest elektronů, které nyní zvýrazním. Na obrázku máme šest valenčních elektronů okolo kyslíku. Od toho odečtěme šest, což se rovná nule. Formální náboj kyslíku je tedy roven nule. Napišme si toto schéma ještě jednou. Když má kyslík dvě vazby a dva volné elektronové páry, jeho formální náboj je roven nule. Někdy se volné páry kvůli zjednodušení ani nepíší. V případě kyslíku a vodíku je to možno napsat i takto. To je jen jiný způsob zápisu téže molekuly. Tím, že vynecháme volný elektronový pár. Podívejme se nyní na další příklady, ve kterých bude formální náboj kyslíku roven nule. Nejprve se podívejme na příklad nalevo. Formální náboj na tomto kyslíku je roven nule. Máme zde dvě vazby na kyslík. Volné elektronové páry ve struktuře nejsou znázorněny. Víme však o nich, neboť formální náboj je nula a jsou zde dvě vazby. Proto by na tomto kyslíku měly být dva volné elektronové páry. Můžeme je znázornit nebo nemusíme. Já je zde znázorním. Máme tedy dohromady okolo našeho kyslíku osm elektronů, je tak dodrženo oktetové pravidlo. Můžeme si všech osm elektronů zvýraznit. Napravo je další příklad. Kyslík má opět nulový formální náboj. Tento kyslík má dvě vazby. Tento kyslík má také dva volné elektronové páry, které opět pro zjednodušení nejsou znázorněny. Můžeme si je ale dokreslit. Lépe si tak uvědomíme, že tento kyslík má nulový formální náboj a že má okolo sebe kompletní oktet elektronů. Zvýrazněme si těchto osm elektronů. Tato opakující se schémata jsou důležitá. Dvě vazby a dva volné elektronové páry znamená u kyslíku nulový formální náboj. Pojďme se nyní podívat na případ s nenulovým formálním nábojem kyslíku. Určeme formální náboj tak, že začneme se znázorněním elektronů ve vazbách. Každá vazba se skládá ze dvou elektronů. Jaký je tedy v tomto případě formální náboj kyslíku? Formální náboj je roven počtu valenčních elektronů, které by atom měl mít, tedy 6, od čehož odečteme valenční elektrony, které má kyslík na našem náčrtku. Opět rozdělíme elektrony tak, že kyslíku přiřadíme jeden z každé vazby. Kolik elektronů máme tedy nyní okolo kyslíku? Máme okolo něj pět elektronů. Šest minus pět je rovno plus jedné. To znamená, že kyslík ztratil jeden elektron. Kyslík má tedy formální náboj plus jedna. Můžeme si to znázornit ještě jednou. Máme zde kyslík s vazbami na vodíky a kyslík má navíc volné elektronové páry. Tento kyslík má tedy formální náboj +1. Máme zde tedy další schéma, jak to může vypadat. Zde má kyslík tři vazby, které nyní zvýrazním červeně. A jeden volný elektronový pár. Je to opět schéma "tři vazby a jeden volný elektronový pár". To u kyslíku povede opět k formálnímu náboji +1. Je dobré umět tato schémata rozpoznávat. Nejprve je dobré umět si to spočítat. Až vyřešíte dostatek příkladů, budete umět určit formální náboj pouhým pohledem na vzorec, bez nutnosti výpočtu. Pojďme na pár dalších příkladů, kde má kyslík formální náboj plus jedna a kde opět nejsou pro zjednodušení znázorněny volné elektronové páry. Začněme s příkladem nalevo. Tento kyslík má formální náboj plus jedna a má tři vazby. To znamená, že také musí mít jeden volný elektronový pár. Ten není znázorněn, ale my víme, že tu je. Nemusíme, ale můžeme si ho na tomto kyslíku znázornit. Teď se podívejme na další příklad napravo. Je to kyslík s formálním nábojem plus jedna. To znamená, že tento kyslík musí mít tři vazby a jeden volný elektronový pár. Zde jsou tři vazby. A opět: volný elektronový pár není zobrazen, ale je přítomen. Můžeme si ho opět dokreslit. Je to opět schéma "tři vazby a jeden pár", což znamená formální náboj kyslíku plus jedna. Šlo tedy uhodnout, kolik elektronů bude potřeba. Znázorněme si to ještě jednou zde. Jak jinak by šlo ještě uhodnout, kolik elektronů je na tomto kyslíku, jestliže formální náboj tohoto kyslíku je plus jedna? Mohli jsme si to spočítat pomocí této rovnice: šest minus neznámá x je plus jedna, což je náš formální náboj. Napišme si to do tohoto rámečku. 6 minus x se rovná +1 x se zjevně rovná pěti. To znamená, že kyslík okolo sebe musí mít pět elektronů. Kolik elektronů okolo kyslíku vidíme? Zvýrazním červeně elektrony ve vazbách. V této vazbě máme dva elektrony a zde máme další elektrony. Kolik elektronů okolo kyslíku zatím máme? Zatím máme tři elektrony a potřebujeme jich pět. To znamená, že na kyslíku potřebujeme volný elektronový pár. To je možná trochu složitější cesta k řešení, ale můžete ji také použít. Nebo se zkrátka naučíme rozpoznávat dané schéma. Podívejme se na další příklad určení formálního náboje kyslíku. Naším úkolem je v tomto případě nalézt formální náboj kyslíku. Znázorněme si elektrony ve vazbách. Každá vazba představuje dva elektrony. Formální náboj kyslíku je tedy roven počtu valenčních elektronů, které by kyslík měl mít, což je šest, minus počet valenčních elektronů, které zde kyslík skutečně má. V tomto případě spočítáme elektrony z vazeb okolo kyslíku, což bude kolik? Bude to celkem sedm. Šest minus sedm nám dává formální náboj minus jedna. Mohu to ještě jednou překreslit zde. Tento kyslík má tři volné elektronové páry a formální náboj minus jedna. V tomto schématu je tedy jedna vazba a tři volné elektronové páry. Napišme si toto schéma zde: jedna vazba a tři volné elektronové páry. Toto schéma vede k formálnímu náboji −1. Přesně tak, jak jsme určili pomocí výpočtu. Tyto elektrony bychom kvůli úspoře času nemuseli znázorňovat. Mohli bychom si jen říct: To je kyslík s formálním nábojem minus jedna, což znamená, že zde musí existovat tři volné elektronové páry. Pojďme se podívat ještě na jeden příklad s formálním nábojem −1. Zde máme kyslík s formálním nábojem minus jedna. Také vidíme jednu vazbu. Schéma tedy opět bude: "jedna vazba a tři volné elektronové páry". Jednu vazbu už máme a abychom měli na kyslíku formální náboj minus jedna, potřebujeme tři volné elektronové páry. Můžeme si to překreslit. Můžeme si znázornit tři volné elektronové páry, které má tento kyslík s formálním nábojem minus jedna. Tak se postupně naučíme rozpoznávat tato schémata.