ההבדל העיקרי בין מטען פורמלי למצב חמצון הוא שמטען פורמלי הוא המטען של אטום במולקולה שאנו מחשבים בהנחה שאלקטרונים בקשרים כימיים מחולקים באופן שווה בין אטומים ואילו מצב חמצון הוא מספר האלקטרונים באטום מפסיד או מרוויח או חולק עם אטום אחר.
מטען פורמלי ומצב חמצון הם מונחים שונים אם כי בדרך כלל אנו מניחים שהם זהים. המטען הפורמלי קובע את מספר האלקטרונים המתרחשים סביב אטום של מולקולה בעוד שמצב החמצון קובע את מספר האלקטרונים המוחלפים בין אטומים במהלך היווצרותה של מולקולה.
מהו חיוב רשמי?
המטען הפורמלי הוא המטען של אטום במולקולה שאנו מחשבים בהנחה שהאלקטרונים בקשרים כימיים מחולקים באופן שווה בין אטומים. לכן, בעת קביעת המטען הפורמלי, אנו משווים את מספר האלקטרונים סביב אטום ניטרלי ומספר האלקטרונים סביב אטום זה כשהוא בתוך מולקולה. בקביעה זו של המטען הצורני, עלינו להקצות את האלקטרונים של המולקולה לאטומים בודדים. כאן, עלינו לשקול גם את הדרישות הבאות;
- אנחנו צריכים להקצות אלקטרונים לא-קשורים לאטום שבו מופיעים האלקטרונים הלא-קשורים
- אנחנו צריכים לחלק את האלקטרונים המחוברים באופן שווה בין האטומים המשותפים
הקשר המתמטי לחישוב זה הוא כדלקמן:
מטען פורמלי=(מספר אלקטרוני ערכיות באטום ניטרלי)- (מספר אלקטרונים של זוג בודד) – ({1/2}אלקטרוני זוג קשרים)
איור 1: חיובים רשמיים על אוזון ואניון חנקה
הבה נבחן דוגמה כדי להבין את התופעה. עבור מולקולת אמוניה, ישנם שלושה קשרים N-H וזוג אלקטרונים בודד על אטום החנקן. אז מתי אפשר לחשב את הדברים הבאים;
חיוב רשמי של N=5 – 2 – {1/2}6=0
חיוב פורמלי של H=1 – 0 – {1/2}2=0
מהו מצב חמצון?
מצב חמצון הוא מספר האלקטרונים שאטום מסוים יכול לאבד, לצבור או לחלוק עם אטום אחר. מונח זה מיושם על כל יסוד כימי במולקולות (המונח מספר חמצון מיושם בעיקר על אטומי מתכת מרכזיים של מתחמי קואורדינציה למרות שאנו משתמשים במונחים אלה לסירוגין). מצב החמצון נותן למעשה את מידת החמצון של אטום בתרכובת.אנחנו צריכים תמיד לתת את מצב החמצון כמספר שלם, והוא מיוצג במספרים הינדו-ערביים, כולל מטען האטום. לדוגמה, מצב החמצון של ברזל ב-FeO הוא +2.
איור 02: מצבי חמצון של אטומים במולקולות שונות
טיפים לקביעת מצב חמצון:
- מצב החמצון של יסוד בודד הוא אפס (זה כולל גם את המולקולות העשויות מיסוד בודד).
- המטען הכולל של מולקולה או יון הוא סכום המטענים של כל אטום.
- מצב החמצון של מתכות אלקליות הוא תמיד +1, ועבור מתכות אדמה אלקליות הוא +2.
- בינתיים, מצב החמצון של הפלואור הוא תמיד -1.
- יתר על כן, מצב החמצון של מימן הוא בדרך כלל +1. אבל לפעמים זה הוא -1 (כאשר קשור למתכות אלקליות או אדמה אלקליות.)
- כמו כן, בדרך כלל, מצב החמצון של חמצן הוא -2 (אבל בפראוקסידים וסופר-אוקסידים זה עשוי להשתנות).
- האטום האלקטרוני שלילי ביותר במולקולה מקבל את המטען השלילי, והאחר מקבל את המטען החיובי.
מצב חמצון שימושי מאוד לקביעת מוצרים בתגובות חיזור. תגובות חיזור הן תגובות כימיות הכוללות חילופי אלקטרונים בין אטומים. בתגובות חיזור, שתי חצי תגובות מתרחשות במקביל בו זמנית. האחת היא תגובת החמצון, והשנייה היא תגובת ההפחתה. תגובת החמצון כוללת את העלייה של מצב החמצון של אטום, בעוד שתגובת ההפחתה כוללת את הירידה במצב החמצון של אטום.
מה ההבדל בין מטען פורמלי למצב חמצון?
ההבדל העיקרי בין מטען פורמלי למצב חמצון הוא שהמטען הצורני הוא המטען של אטום במולקולה שאנו מחשבים בהנחה שאלקטרונים בקשרים כימיים מחולקים באופן שווה בין אטומים ואילו מצב החמצון הוא מספר האלקטרונים אטום מפסיד או מרוויח או חולק עם אטום אחר.לדוגמה, המטען הפורמלי של אטום החנקן במולקולת האמוניה הוא 0, בעוד שמצב החמצון הוא +3.
להלן אינפוגרפיקה מסכמת את ההבדל בין מטען פורמלי למצב חמצון.
סיכום – חיוב רשמי לעומת חמצון
מטען פורמלי ומצב חמצון הם מונחים שונים, אם כי יש אנשים שמניחים שהם זהים. ההבדל העיקרי בין מטען צורני למצב חמצון הוא שהמטען הצורני הוא המטען של אטום במולקולה שאנו מחשבים בהנחה שאלקטרונים בקשרים כימיים מחולקים באופן שווה בין אטומים ואילו מצב חמצון הוא מספר האלקטרונים שאטום מאבד או צובר או חולק עם אטום אחר.
