Решен пример: Използване на формални заряди за оценяване на нееквивалентни резонансни структури

В този пример са ни дадени три възможни резонансни структури за тиоцианатния йон. Виждаме ги тук. "Въз основа на формалните заряди коя от трите структури допринася най-много за резонансния хибрид на тиоцианата?" И са ни дали допълнителна информация. Дали са ни различните елементи в тези резонансни структури, както и тяхната електроотрицателност по скалата на Полинг, което може би ще ни е полезно за да определим въз основа на формалните заряди коя от трите структури допринася най-много за резонансния хибрид на тиоцианата. Спри видеото и виж дали можеш да разбереш това. Добре, сега нека го направим заедно. Има две неща, които трябва да разгледаме, когато определяме коя от тези резонансни структури допринася най-много за резонансния хибрид. Първо, искаме да определим кои са резонансните структури, в които отделните атоми имат формални заряди, които са възможно най-близо до нула. Нека запиша това. Отделните атоми имат формален заряд възможно най-близък до нула. Не говорим за заряда на целия йон. Говорим за формалните заряди на отделните атоми – искаме те да са възможно най-близо до нула. И електроотрицателността е полезна, понеже също искаме да видим, ако има отрицателен формален заряд при някой отделен атом, дали този атом е най-електроотрицателният от всички атоми. Всеки формален заряд... Пак да повторя, че тук не говорим за заряда на целия йон. Всеки формален заряд, всеки отрицателен формален заряд при отделен атом – в идеалния случай този заряд трябва да е при най-електроотрицателния атом. Добре, с тези два принципа сега да определим коя от тази резонансни структури се доближава най-много до тези идеални случаи. За да направим това, просто ще изчислим формалните заряди във всяка от тези резонансни структури. Начинът, по който ще направим това, е, че за всеки от тези елементи, ако имахме просто един свободен атом от тях, който е неутрален, тогава той колко валентни електрони щеше да има? Ще направя още една колонка тук, която е само за валентните електрони. Можем да видим това в периодичната таблица на елементите или може би вече знаеш, че въглеродът има четири валентни електрона – той има общо шест, но четири от тях са във втори слой. Азотът има пет валентни електрона – неутралният азотен атом, който има общо седем електрона, но пет от тях са във външния му слой. А сярата има шест валентни електрона. Начинът да изчислим формалния заряд на отделните атоми във всяка от тези резонансни структури е да се запитаме колко валентни електрона има – например един неутрален серен атом колко валентни електрона има обикновено? И знаем, че те са шест. И после определяме колко електрона има във външния си слой сярата в тази резонансна структура. Електроните във външния слой, които виждаме тук, на тази Люисова диаграма, са един, два, три, четири, пет. Тук има пет валентни електрона в сравнение с шест валентни електрона в един неутрален свободен серен атом, така че това е един електрон по-малко. Това означава формален заряд +1 за сярата. Друг начин да разсъждаваш е, че обикновено сярата има шест валентни електрона, но тук виждаме само пет в тази Люисова структура, така че формалният заряд е +1. Сега можем да направим същото упражнение за въглерода. Въглеродът обикновено има четири валентни електрона, когато е неутрален атом, а в тази Люисова структура, в тази резонансна структура можем да видим, че тук има четири валентни електрона, точно както при един неутрален въглероден атом. Четири минус четири дава формален заряд 0. А после за азота имаме един, два, три, четири, пет, шест, седем валентни електрони. Неутрален азотен атом би имал пет валентни електрона, тук имаме с два повече от това. Пет минус седем е -2. И тъй като имаме два електрона в повече, отколкото обикновено имаме за неутрален азотен атоми, имаме формален заряд от -2. Сега да разгледаме втората резонансна структура. Същата идея. Тук имаме един, два, три, четири, пет, шест валентни електрона при сярата. Те са равни на валентните електрони на неутралната сяра. Тук нямаме формален заряд. Можеш да си го представиш така – шест минус шест е равно на нула. За въглерода имаме четири валентни електрона на тази Люисова диаграма и това са типичният брой валентни електрони на неутрален въглероден атом, тоест, отново, четири минус четири – тук нямаме формален заряд. А после применаваме към азота. Имаме един, два, три, четири, пет, шест валентни електрона. Азотът обикновено има пет. Пет минус шест – имаме един електрон в повече, което ни дава формален заряд -1 за азота в тази резонансна структура. И последно, но не и по важност, при третата резонансна структура имаме един, два, три, четири, пет, шест, седем валентни електрона при сярата. Неутралният серен атом би имал шест валентни електрона. Шест минус седем – имаме един електрон повече. Това ни дава -1 формален заряд за сярата в тази резонансна структура. Въглеродният атом пак има четири валентни електрона, което е типично за въглерода и валентните електрони на неутрален въглероден атом, така че тук няма формален заряд. И после азотът има един, два, три, четири, пет валентни електрона, което е еквивалентно на валентните електрони на неутрален азотен атом. И пет минус пет, тук нямаш формален заряд. Готови сме. Разгледахме формалните заряди на всички тези резонансни структури и сега ще ги сравним с тези идеални случаи. Едно – отделните атоми имат формални заряди възможно най-близки до нула. В първата структура имаме два отделни атома, чиито формални заряди не са нула и, всъщност, азотът е доста далеч от нула, докато в тези други две резонансни структури имаме само по един атом, чийто формален заряд не е нула. Така че смятам, въз основа на първия принцип, че вторите две резонансни структури допринасят повече за резонансния хибрид, отколкото първата резонансна структура. Изключвам първата резонансна структура. А после, ако трябва да изберем между следващите две резонасни структури, трябва да приложим втория критерий. Най-големият отрицателен формален заряд на отделен атом в идеалния случай е при най-електроотрицателния атом. В тази резонансна структура тук, при втората резонансна структура, отрицателният формален заряд е на азота. Докато в третата резонансна структура отрицателният формален заряд е при сярата. От тази таблица можем да видим, че азотът е по-електроотрицателен от сярата. Така че при тази втора резонансна структура отрицателният формален заряд е върху атом, който е по-електроотрицателен от азота, за разлика от третата резонансна структура. Така че втората резонансна структура според мен допринася най-много за резонансния хибрид на тиоцианата, поради тези две причини.