MolDraw › Химические инструменты › Калькулятор формального заряда и гибридизации
Калькулятор формального заряда и гибридизации
Кратко: введите молекулу или ион и получите формальный заряд каждого атома, рассчитанный по FC = V − N − B/2, а также неподелённые пары, стерическое число, гибридизацию (sp, sp², sp³, sp³d, sp³d²), электронную геометрию, форму и примерный валентный угол. Инструмент бесплатный, работает в браузере и не требует загрузки.
Вставьте строку SMILES, введите формулу, например NO3- или SO4^2-, или выберите пример. Для каждого атома таблица показывает валентные электроны, электроны неподелённых пар и связей, формальный заряд с расчётом, стерическое число, гибридизацию и форму вокруг атома.
Загрузка редактора…
Загрузка…
Ручная проверка формального заряда
Для одного атома в структуре Льюиса, которую вы нарисовали сами: выберите элемент, посчитайте присоединённые к нему атомы, связи (двойная связь считается за 2) и неподелённые пары.
Формулы формального заряда и гибридизации
Формальный заряд FC = V − N − B/2 V = валентные электроны, N = несвязывающие электроны, B = связывающие электроны
Стерическое число SN = (связанные атомы) + (неподелённые пары) 2 → sp, 3 → sp², 4 → sp³, 5 → sp³d, 6 → sp³d²
Для элементов главных подгрупп V равно номеру группы (C = 4, N = 5, O = 6, галогены = 7). Каждая неподелённая пара — это 2 несвязывающих электрона. Каждая одинарная связь добавляет 2 связывающих электрона, двойная — 4, тройная — 6. Формальные заряды всех атомов в сумме дают общий заряд.
Стерическое число, гибридизация и форма
| Стерическое число | Гибридизация | Электронная геометрия | Формы (неподелённых пар 0, 1, 2…) | Пример |
|---|---|---|---|---|
| 2 | sp | линейная | линейная (180°) | C в CO₂, HC≡CH |
| 3 | sp² | плоская тригональная | плоская тригональная (120°), угловая | C в C=O, N в NO₃⁻, центральный O в O₃ |
| 4 | sp³ | тетраэдрическая | тетраэдрическая (109,5°), тригональная пирамидальная (≈107°), угловая (≈104,5°) | CH₄, NH₃, H₂O |
| 5 | sp³d | тригональная бипирамидальная | тригональная бипирамидальная, «качели», T-образная, линейная | PCl₅, SF₄, ClF₃, I₃⁻ |
| 6 | sp³d² | октаэдрическая | октаэдрическая, квадратная пирамидальная, плоская квадратная | SF₆, BrF₅, XeF₄ |
Неподелённые пары рядом с π-связями
Азот или кислород с неподелённой парой рядом с двойной связью (или рядом с пустой p-орбиталью) обычно помещает эту пару на p-орбиталь, чтобы она могла делокализоваться. Тогда атом sp² и плоский, хотя простой подсчёт даёт 4. Примеры: N амидов, анилина и пиррола, O сложных эфиров, фурана и фенола, O⁻ карбоксилатов. Инструмент отмечает такие атомы звёздочкой.
Разобранные примеры
Аммоний, NH₄⁺
N: V = 5, неподелённых пар нет, четыре связи N–H (B = 8).
FC = 5 − 0 − 8/2 = +1. Четыре σ-связи, стерическое число 4.
N +1, sp³, тетраэдр (109,5°)
Озон, O₃
Центральный O: 1 неподелённая пара, одна двойная и одна одинарная связь (B = 6): 6 − 2 − 3 = +1. Концевой O с одинарной связью: 6 − 6 − 1 = −1.
Центральный O +1, sp², угловая (≈117°)
Цианид, CN⁻
C: 1 неподелённая пара, тройная связь (B = 6): 4 − 2 − 3 = −1. N: 1 неподелённая пара: 5 − 2 − 3 = 0.
Заряд на C; оба атома sp
Нитрометан, CH₃NO₂
N: неподелённых пар нет, B = 8: 5 − 0 − 4 = +1. O⁻: 6 − 6 − 1 = −1. Запись N с двумя связями N=O дала бы азоту 10 электронов, что недопустимо.
N +1 (sp²), один O −1, углерод CH₃ sp³
Сульфат, SO₄²⁻ (в стиле JEE / NEET)
С двумя S=O и двумя S–O⁻: S = 6 − 0 − 12/2 = 0, каждый O⁻ = −1. В форме октета только с одинарными связями S = +2.
S sp³, тетраэдр; суммарно −2
Ацетамид, CH₃CONH₂
N: 1 неподелённая пара и три σ-связи, поэтому простой подсчёт даёт 4 (sp³). Неподелённая пара находится рядом с π-связью C=O и делокализуется.
Амидный N sp², плоский
Типичные ошибки
- Подсчёт связей вместо связывающих электронов. Используйте B/2 (число связей), а не B. Двойная связь добавляет 2 к B/2.
- Забытые неподелённые пары. N — это число несвязывающих электронов, поэтому каждая неподелённая пара считается за 2.
- Двойная связь как две области. Для стерического числа двойная или тройная связь — одна электронная область.
- Больше 8 электронов у N или O. Атомы второго периода не могут расширять октет. Записывайте нитрогруппу как N⁺–O⁻, а не N(=O)=O.
- N амида или анилина как sp³. Сопряжённые неподелённые пары находятся на p-орбиталях, поэтому эти атомы sp².
- Путаница формального заряда и степени окисления. Они считаются по разным правилам подсчёта электронов и обычно дают разные числа.
Нарисуйте правильно. Откройте структуру в бесплатном редакторе MolDraw, добавьте неподелённые пары, формальные заряды и стрелки, затем экспортируйте PNG или SVG для конспектов и слайдов.
Открыть редактор MolDrawЧасто задаваемые вопросы
Как рассчитать формальный заряд?
Используйте FC = V − N − B/2, где V — число валентных электронов свободного атома, N — число несвязывающих электронов (неподелённых пар) у атома, B — число связывающих электронов вокруг него. Для N в нитрате: FC = 5 − 0 − 8/2 = +1.
Каков формальный заряд каждого атома в CO2?
В O=C=O у всех трёх атомов формальный заряд 0. Углерод: 4 − 0 − 8/2 = 0. Каждый кислород: 6 − 4 − 4/2 = 0. Углерод находится в sp-гибридизации, молекула линейная.
Как определить гибридизацию атома?
Посчитайте стерическое число: связанные с атомом атомы плюс его неподелённые пары. 2 = sp, 3 = sp², 4 = sp³, 5 = sp³d, 6 = sp³d². Двойные и тройные связи считаются один раз. Неподелённая пара рядом с π-связью обычно находится на p-орбитали, что делает атом sp².
Почему азот в амиде sp2, а не sp3?
Неподелённая пара азота находится рядом с π-связью C=O и делокализуется в неё (резонанс). Для перекрывания неподелённая пара должна находиться на p-орбитали, поэтому азот sp²-гибридизован и плоский. То же верно для азота анилина, пиррола и енаминов.
Формальный заряд — это то же самое, что степень окисления?
Нет. Формальный заряд предполагает, что связывающие электроны поделены поровну. Степень окисления предполагает, что все они переходят к более электроотрицательному атому. В CO2 у углерода формальный заряд 0, а степень окисления +4.
Какая структура Льюиса лучше, если их несколько?
Выбирайте структуру с формальными зарядами, ближайшими к нулю, с отрицательным формальным зарядом на более электроотрицательном атоме, и никогда не давайте атому второго периода, например C, N или O, больше 8 электронов.
Равна ли сумма формальных зарядов заряду иона?
Да. Формальные заряды всех атомов в сумме дают общий заряд. В сульфате SO4 2− они дают −2, в аммонии NH4+ — +1.
Другие химические инструменты
Читайте полное руководство: Как рассчитать формальный заряд и гибридизацию.
Последнее обновление: