形式電荷與混成軌域計算器
簡而言之：輸入分子或離子，即可取得每個原子的形式電荷（以 FC = V − N − B/2 計算），以及孤對電子、立體數、混成軌域（sp、sp²、sp³、sp³d、sp³d²）、電子幾何、形狀與近似鍵角。完全免費，在網頁瀏覽器中執行，不需下載。
貼上 SMILES 字串、輸入 NO3- 或 SO4^2- 等化學式，或選擇範例。表格會列出每個原子的價電子數、孤對與鍵結電子數、形式電荷與計算式、立體數、混成軌域，以及周圍的形狀。
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手動檢查形式電荷
針對您自己畫的路易斯結構中的某個原子：選擇元素，數出與其相連的原子數、鍵數（雙鍵算 2）與孤對電子數。
形式電荷與混成軌域公式
形式電荷 FC = V − N − B/2 V = 價電子數，N = 非鍵結電子數，B = 鍵結電子數
立體數 SN =（鍵結原子數）+（孤對電子數） 2 → sp，3 → sp²，4 → sp³，5 → sp³d，6 → sp³d²
主族元素的 V 等於族數（C = 4、N = 5、O = 6、鹵素 = 7）。每對孤對電子為 2 個非鍵結電子。每個單鍵提供 2 個鍵結電子，雙鍵 4 個，參鍵 6 個。所有原子的形式電荷加總等於整體電荷。
立體數、混成軌域與形狀
| 立體數 | 混成軌域 | 電子幾何 | 形狀（孤對電子 0、1、2…） | 範例 |
|---|---|---|---|---|
| 2 | sp | 直線形 | 直線形（180°） | CO₂ 中的 C、HC≡CH |
| 3 | sp² | 平面三角形 | 平面三角形（120°）、彎曲形 | C=O 中的 C、NO₃⁻ 中的 N、O₃ 的中心 O |
| 4 | sp³ | 四面體 | 四面體（109.5°）、三角錐（≈107°）、彎曲形（≈104.5°） | CH₄、NH₃、H₂O |
| 5 | sp³d | 雙三角錐 | 雙三角錐、蹺蹺板形、T 形、直線形 | PCl₅、SF₄、ClF₃、I₃⁻ |
| 6 | sp³d² | 八面體 | 八面體、四方錐、平面四方形 | SF₆、BrF₅、XeF₄ |
與 π 鍵相鄰的孤對電子
與雙鍵（或空的 p 軌域）相鄰、帶有孤對電子的氮或氧，通常會把孤對電子放在 p 軌域中以便非定域化。此時即使簡單計數得到 4，該原子仍為 sp² 且呈平面。例如：醯胺、苯胺與吡咯的 N，酯、呋喃與酚的 O，以及羧酸根的 O⁻。本工具會以星號標示這些原子。
範例解析
銨，NH₄⁺
N：V = 5，無孤對電子，四個 N–H 鍵（B = 8）。
FC = 5 − 0 − 8/2 = +1。四個 σ 鍵，立體數為 4。
N 為 +1，sp³，四面體（109.5°）
臭氧，O₃
中心 O：1 對孤對電子、一個雙鍵與一個單鍵（B = 6）：6 − 2 − 3 = +1。單鍵末端的 O：6 − 6 − 1 = −1。
中心 O 為 +1，sp²，彎曲形（≈117°）
氰離子，CN⁻
C：1 對孤對電子，參鍵（B = 6）：4 − 2 − 3 = −1。N：1 對孤對電子：5 − 2 − 3 = 0。
電荷位於 C 上；兩個原子皆為 sp
硝基甲烷，CH₃NO₂
N：無孤對電子，B = 8：5 − 0 − 4 = +1。O⁻：6 − 6 − 1 = −1。若把 N 寫成兩個 N=O 鍵，N 會有 10 個電子，這是不允許的。
N 為 +1（sp²），一個 O 為 −1，CH₃ 的碳為 sp³
硫酸根，SO₄²⁻（JEE / NEET 題型）
以兩個 S=O 與兩個 S–O⁻ 表示時：S = 6 − 0 − 12/2 = 0，每個 O⁻ = −1。若採全部單鍵的八隅體形式，S = +2。
S 為 sp³，四面體；總和 −2
乙醯胺，CH₃CONH₂
N：1 對孤對電子與三個 σ 鍵，因此簡單計數為 4（sp³）。但孤對電子與 C=O π 鍵相鄰而非定域化。
醯胺的 N 為 sp²，平面
常見錯誤
- 數鍵數而不是鍵結電子數。要用 B/2（鍵的數目），而不是 B。一個雙鍵使 B/2 增加 2。
- 忘了孤對電子。N 是非鍵結電子數，所以每對孤對電子算 2。
- 把雙鍵算成兩個電子域。計算立體數時，雙鍵或參鍵都只算一個電子域。
- 讓 N 或 O 超過 8 個電子。第二週期原子無法擴展八隅體。硝基要寫成 N⁺–O⁻，而不是 N(=O)=O。
- 把醯胺或苯胺的 N 當成 sp³。共軛中的孤對電子位於 p 軌域，因此這些原子是 sp²。
- 混淆形式電荷與氧化數。兩者採用不同的電子計數規則，通常是不同的數值。
好好畫出來。在免費的 MolDraw 編輯器中開啟結構，加上孤對電子、形式電荷與箭頭，再匯出 PNG 或 SVG 供筆記與簡報使用。
開啟 MolDraw 編輯器常見問題
如何計算形式電荷？
使用 FC = V − N − B/2，其中 V 為自由原子的價電子數，N 為該原子上的非鍵結（孤對）電子數，B 為其周圍的鍵結電子數。以硝酸根中的 N 為例：FC = 5 − 0 − 8/2 = +1。
CO2 中每個原子的形式電荷是多少？
在 O=C=O 中，三個原子的形式電荷都是 0。碳：4 − 0 − 8/2 = 0；每個氧：6 − 4 − 4/2 = 0。碳為 sp 混成，分子為直線形。
如何判斷原子的混成軌域？
數出立體數：與其鍵結的原子數加上孤對電子數。2 = sp，3 = sp²，4 = sp³，5 = sp³d，6 = sp³d²。雙鍵與參鍵都只算一次。與 π 鍵相鄰的孤對電子通常位於 p 軌域，使該原子成為 sp²。
為什麼醯胺中的氮是 sp2 而不是 sp3？
氮的孤對電子與 C=O π 鍵相鄰，因此會非定域化到 π 鍵上（共振）。要能重疊，孤對電子必須位於 p 軌域，所以氮是 sp² 且為平面。苯胺、吡咯與烯胺的氮也是如此。
形式電荷與氧化數相同嗎？
不同。形式電荷假設鍵結電子平均共用；氧化數則假設鍵結電子全部歸電負度較大的原子。在 CO2 中，碳的形式電荷為 0，氧化數卻是 +4。
有好幾個路易斯結構時，哪一個最好？
優先選擇形式電荷最接近零、負形式電荷位於電負度較大原子上的結構，而且 C、N、O 等第二週期原子上的電子絕不能超過 8 個。
形式電荷的總和等於離子的電荷嗎？
是的。所有原子的形式電荷加總等於整體電荷。硫酸根 SO4 2− 的總和為 −2；銨 NH4+ 的總和為 +1。
相關化學工具
閱讀完整指南：如何計算形式電荷與混成軌域。
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