Carica formale: alcuni dubbi

[AccettoreQ]

Partiamo dalla definizione di carica formale: le cariche formali sono cariche apparenti di certi atomi in una struttura di Lewis che nascono quando gli atomi non contribuiscono con un egual numero di elettroni ai legami covalenti che li uniscono. 
Quindi, la mia rielaborazione di tale definizione consiste nel considerare le cariche formali come delle cariche ipotetiche che assegnamo ad un atomo per permettere la creazione di certi legami covalenti quando facciamo la struttura di Lewis. (correggetemi pure se commetto qualche errore).
Quello che non capisco è la vera utilità della carica formale e come si assegna. Infatti la forma di una molecola più probabile è quella con carica formale più bassa. In aula abbiamo fatto alcuni esercizi, dove dimostravamo come per alcune molecole si poteva si assegnare la carica formale, ma la forma più probabile è quella più bassa e nei casi considerati non era presente. Nelle molecole viste in classe, io provavo a diseganre la struttura di Lewis,  e non mi ponevo minimamente il problema della carica formale,ragionavo su come distribuire gli atomi dei diversi elementi. Tali molecole sono H2O2, H2CO3, HCN, C3H6 (scusate ma non riesco a mettere i coefficienti al pedice). 
Arriviamo quindi a HNO3. In questo caso il prof spiega che il posizionamento della carica formale + su N e - su O è necessaria. Infatti, provando a disegnarla, non si trova una soluzione possibile.
Il mio problema è quindi: come faccio a sapere quando devo attribuire la carica formale e su cosa devo attribuirla? Ho provato a cercare sul libro, ma non sono riuscito a trovare alcuna risposta. 

Grazie dell'attenzione, se c'è qualcosa di non chiaro chiedete pure. 

[LuiCap]

Forse non ho capito quello che chiedi, ma ci provo.

La carica formale o numero di ossidazione di ogni atomo all'interno di una molecola è un numero positivo o negativo che deriva dalla somma algebrica degli elettroni di legame tenendo conto dell'elettronegatività dei due atomi coinvolti nel legame.
Prendiamo come esempio l'HNO3 e calcoliamo la carica formale o n° di ox dell'azoto:
- l'azoto possiede 5e- di valenza
- forma due doppi legami con l'ossigeno
- dato che l'ossigeno è più elettronegativo dell'azoto, i suoi 2e- di legame saranno più spostati verso l'ossigeno
- ogni ossigeno avrà dunque carica formale -2
- l'azoto, rispetto a questi due doppi legami, avrà carica formale +4
- l'azoto forma poi un legame singolo con l'ossigeno, che avrà dunque, per questo legame, carica formale -1, mentre l'azoto avrà carica formale +1
- complessivamente perciò sull'atomo di azoto ci sarà una carica formale pari a [+4 +(+1)] = +5

Facciamo ora l'esempio con la molecola di NH3:
- l'azoto ha sempre 5e- di legame, ma ne utilizza solo 3 per formare legami, un doppietto resta non condiviso
- forma tre legami semplici con l'idrogeno
- dato che l'idrogeno è meno elettronegativo dell'azoto, ogni suo e- di legame è più spostato verso l'azoto
ogni idrogeno avrà dunque carica formale +1
- l'azoto avrà invece carica formale [3 x (-1)] = -3

Questo non significa che esiste lo ione N5+ o lo ione N3-, tutt'altro, ecco perché quelle cariche non sono reali ma solo formali.

[Guglie95]

L'azoto non possiede 5 e- di legame... non confondiamo gli orbitali molecolari con gli orbitali atomici.
Al massimo ha 5 e- di valenza.
Forma legami sigma con l'azoto (legame semplice non vuol dire nulla, che poi i legami chimici sono tutt'altro che semplici).

[LuiCap]

Sì, giusto, l'azoto ha 5e- di valenza.
Giusto anche "legame sigma", ma al fine del calcolo del numero di ossidazione non cambia nulla.

Nell'etene dire che i due atomi di carbonio sono legati da un legame sigma e da un legame pi-greco o dire che fra i due atomi di carbonio c'è un doppio legame non cambia il n° di ox di ciascun carbonio che rimane sempre -1.

[Guglie95]

Ok legame singolo doppio o triplo ma dire semplice è insensato

[AccettoreQ]

L'azoto non possiede 5 e- di legame... non confondiamo gli orbitali molecolari con gli orbitali atomici.
Al massimo ha 5 e- di valenza.
Forma legami sigma con l'azoto (legame semplice non vuol dire nulla, che poi i legami chimici sono tutt'altro che semplici).

Ok, scusa ma io non ho molte basi...Che differenza c'è tra elettroni di legame e di valenza?

[AccettoreQ]

Forse non ho capito quello che chiedi, ma ci provo.

La carica formale o numero di ossidazione di ogni atomo all'interno di una molecola è un numero positivo o negativo che deriva dalla somma algebrica degli elettroni di legame tenendo conto dell'elettronegatività dei due atomi coinvolti nel legame.
Prendiamo come esempio l'HNO3 e calcoliamo la carica formale o n° di ox dell'azoto:
- l'azoto possiede 5e- di valenza
- forma due doppi legami con l'ossigeno
- dato che l'ossigeno è più elettronegativo dell'azoto, i suoi 2e- di legame saranno più spostati verso l'ossigeno
- ogni ossigeno avrà dunque carica formale -2
- l'azoto, rispetto a questi due doppi legami, avrà carica formale +4
- l'azoto forma poi un legame singolo con l'ossigeno, che avrà dunque, per questo legame, carica formale -1, mentre l'azoto avrà carica formale +1
- complessivamente perciò sull'atomo di azoto ci sarà una carica formale pari a [+4 +(+1)] = +5

Nell'esercizio svolto in classe abbiamo seguito una procedura diversa:
N forma:
-1 doppio legame con l'ossigeno;
- 2 legami singoli con altri due ossigeni. Uno di questi si lega con H, quindi raggiunge l'ottetto, sul rimanente ossigeno andrà posizionata una carica formale -, e su N una carica formale +. Questa procedura è stata eseguita dal docente in classe.
E' giusta comunque? Quale è la differenza?

[LuiCap]

Nell'esercizio svolto in classe abbiamo seguito una procedura diversa:
N forma:
-1 doppio legame con l'ossigeno;
- 2 legami singoli con altri due ossigeni. Uno di questi si lega con H, quindi raggiunge l'ottetto, sul rimanente ossigeno andrà posizionata una carica formale -, e su N una carica formale +. Questa procedura è stata eseguita dal docente in classe.
E' giusta comunque? Quale è la differenza?

Quella che hai descritto è la formula di Lewis dello ione HNO3- non della molecola neutra di HNO3.
Lo ione HNO3- si forma quando si stacca un H+ dall'acido H2NO3, acido nitroico, un acido estremamente instabile che si forma per reazione dell'NO2 + H2O.
In questo caso la carica formale complessiva che c'è sull'atomo di azoto è +4.
La differenza sta nel fatto che il tuo prof ed io abbiamo descritto due specie chimiche diverse