形式电荷

在化学中，从化学键合的共价观点来看，形式电荷（F.C. 或 q）是分配给分子中原子的电荷，假设所有化学键中的电子在原子之间平均共享，而不管相对电负性如何。 简而言之，形式电荷是中性自由态原子的价电子数与路易斯结构中分配给该原子的价电子数之间的差值。 在确定分子的最佳路易斯结构（或主要共振结构）时，选择结构使得每个原子上的形式电荷尽可能接近零。

分子中任何原子的正式电荷可以通过以下等式计算： F = V − L − B 2 {\displaystyle F=V-L-{\frac {B}{2}}}

其中 F 是正式电荷； V 是孤立的中性原子（处于基态）的价电子数； L 是分子中该原子上的非键合价电子数； B 是分子中与其他原子成键共享的电子总数。

在有机化学惯例中，形式电荷是正确呈现的 Lewis-Kekulé 结构的基本特征，省略非零形式电荷的结构被认为是不正确的，或者至少是不完整的。 相比之下，无机化学并未遵循此约定。 图形电荷被绘制在靠近带电荷的原子附近。 为清楚起见，它们可能会或可能不会被包围在一个圆圈中。

另一方面，有机金属的许多工作者和配位化学的大多数工作者将省略正式的费用，除非需要强调，或者需要他们提出特定的观点。 相反，将在共价结合的带电实体之后绘制右上角 ⌝，然后紧接着是总电荷。

这种实践上的差异源于键序、价电子数的相对直接分配，因此，仅包含主族元素的化合物的正式电荷（尽管有机锂试剂和烯醇化物等低聚化合物往往以过于简单和理想化的方式描述 ), 虽然在尝试对过渡金属络合物进行这些分配时存在真正的不确定性、歧义和完全分歧。

• 示例：CO2 是具有 16 个总价电子的中性分子。 绘制路易斯结构有不同的方法
  • 与两个氧原子单键结合的碳（碳 = +2，氧 = -1，总形式电荷 = 0）
  • 碳与一个氧单键结合，与另一个氧双键结合（碳=+1，氧双=0，氧单=-1，总形式电荷=0）
  • 与两个氧原子双键结合的碳（碳 = 0，氧 = 0，总形式电荷 = 0）

尽管这三种结构给我们的总电荷为零，但最终结构是更好的结构，因为分子中根本没有电荷。

以下是等效的：

• 在要求正式收费的原子周围画一个圆圈（与下面的二氧化碳一样）

• 数一数原子圈中的电子数。 由于圆圈将共价键一分为二，因此每个共价键算作一个电子，而不是两个。
• 从元素的族编号（旧的族编号系统中的罗马数字，而不是 IUPAC 1-18 系统）中减去圆圈中的电子数来确定正式电荷。

• 计算出的二氧化碳路易斯结构中剩余原子的正式电荷如下所示。

形式电荷系统只是一种跟踪每个原子在分子形成时带来的所有价电子的方法。

形式电荷是一种用于估计分子内电荷分布的工具。 氧化态的概念构成了评估分子中电子分布的竞争方法。 如果比较二氧化碳中原子的形式电荷和氧化态，则得出以下值：

这些值之间存在差异的原因是形式电荷和氧化态代表了看待电子在分子中原子之间分布的根本不同方式。 对于形式电荷，假设每个共价键中的电子在键中的两个原子之间完全均匀地分裂（因此在上述方法中除以二）。 CO2 分子的形式电荷视图基本上如下所示：

键合的共价（共享）方面在形式电荷的使用中被过分强调。