Formalchargungen

Formalladungen, im Deutschen auch Formalladungen genannt, sind eine rechnerische Größe in der Chemie, mit der man jedem Atom in einem Molekül oder Ion eine hypothetische, konzeptionelle Ladung zuweist. Sie unterstützen die Beurteilung von Lewis-Strukturen und helfen, sinnvolle Strukturformeln zu wählen. Die Formalladung eines Atoms wird berechnet nach der Formel FC = V − N_nonbonding − (1/2) N_bonding, wobei V die Valenzelektronen des freien Atoms, N_nonbonding die Elektronen in den nicht-bindenden Bereichen (Lone pairs) am Atom und N_bonding die Elektronen in Bindungen um das Atom herum sind. Die Summe aller Formalladungen entspricht der Nettoladung des Moleküls oder Ions.

Anwendung und Beispiele

Durch Anwendung der Formel lassen sich häufig die plausiblen Lewis-Strukturen bestimmen. Beispiele: CO2 hat in beiden Sauerstoffatomen und am Kohlenstoff je eine Formalladung von null; CO2 insgesamt neutral. Wasser H2O besitzt ebenfalls alle Formalladungen als Null, was mit seiner neutralen Gesamtladung übereinstimmt. Die Formalladung hilft zudem zu entscheiden, ob eine Struktur plausibel ist, indem man Strukturen bevorzugt, in denen die Ladungen möglichst klein sind, negative Ladungen auf stärker elektronegativere Atome und Gesamtregeln wie die Verteilung in Resonanzstrukturen berücksichtigt.

Bedeutung und Grenzen

Formalladungen sind rein rechnerisch und kein direkt messbares physikalisches Prinzip. In vielen Molekülen verteilen sich Ladungen durch Resonanz über mehrere Strukturen, sodass keine einzelne Formalladung die Realität exakt abbildet. Trotzdem bleiben Formalladungen ein nützliches Werkzeug zur Bewertung von Lewis-Strukturen, zur Eignung von Reaktionspfaden und zur Diskussion von Elektronendichte in Molekülen.