双语化学辞典Chem Lexicon
高中Senior high 化学键与分子结构 Chemical bonding & molecular structure

形式电荷Formal charge

\[\mathrm{FC} = V - N - \frac{B}{2}\]

含义Meaning

假定成键电子平均分配时某原子“拥有”的电子数与其价电子数之差。用来在多种路易斯结构中挑出最合理的一种:形式电荷越小越好,负电荷应在电负性大的原子上。

The difference between an atom’s valence electrons and those it ‘owns’ if bonding pairs are shared equally. It picks the best Lewis structure: minimise formal charges and put negative charge on electronegative atoms.

符号说明Symbols

符号Symbol含义 Meaning单位 Unit
\(V\)自由原子的价电子数valence electrons of the free atom1
\(N\)非键(孤对)电子数non-bonding electrons1
\(B\)成键电子数(每个共价键 2 个)bonding electrons (2 per bond)1

推导Derivation

  1. 共价键电子平均分给两个原子,每原子得 B/2;孤对电子全归该原子。

    Bonding electrons are split equally (B/2 each); lone pairs belong to the atom.

  2. “拥有”电子数 = N + B/2,与中性原子价电子数 V 相比即得形式电荷。

    Owned electrons N + B/2 compared with V gives the charge.

  3. 各原子形式电荷之和等于分子或离子的总电荷。

    Formal charges sum to the overall charge.

适用条件与局限Assumptions & limitations

  • 形式电荷不是真实的原子电荷(真实电荷分布由电负性决定,可用计算的布居分析估算)。

    Formal charge is bookkeeping, not real atomic charge.

  • 对超价分子(SO₄²⁻、PO₄³⁻)“最小形式电荷”规则会倾向写出扩展八隅体,而计算表明电荷分离结构更接近实际。

    For ‘hypervalent’ species the minimal-charge rule favours expanded octets, whereas calculations favour charge-separated structures.

例题Worked example

CO:C≡O 中 C 为 4 − 2 − 3 = −1,O 为 6 − 2 − 3 = +1。NH₄⁺ 中 N:5 − 0 − 4 = +1。

CO: C −1, O +1. NH₄⁺: N +1.