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化学において、形式電荷（FCまたはq*）は、化学結合の共有結合の観点から、分子内の原子に割り当てられる仮想的な電荷であり、相対的な電気陰性度に関係なく、すべての化学結合の電子が原子間で均等に共有されていると仮定したものです。[ 1 ] [ 2 ]簡単に言うと、形式電荷は、中性の自由状態にある原子の価電子の数と、ルイス構造でその原子に割り当てられる価電子の数の差です。分子の最適なルイス構造（または主要な共鳴構造）を決定する際には、各原子の形式電荷が可能な限りゼロに近くなるように構造が選択されます。[ 2 ]
分子中の任意の原子の形式電荷は、次の式で計算できます。
ここで、Vは孤立した中性原子の価電子の数(基底状態)、Lは分子のルイス構造でこの原子に割り当てられる非結合価電子の数、Bは分子内の他の原子との結合で共有される電子の総数です。[ 2 ]また、以下に示すように視覚的に求めることもできます。
形式電荷と酸化状態はどちらも、化合物内の個々の原子に数値を割り当てるものであり、以下のセクションで比較検討します。
3つの構造はいずれも総電荷がゼロであったが、最終的な構造は分子内に電荷が全く存在しないため、最も優れた構造である。
以下は同等です。
形式電荷はあくまで形式的なものであり、このシステムは形式主義に過ぎないということを覚えておくことが重要です。形式電荷システムは、分子が形成される際に各原子が持つすべての価電子を追跡するための方法にすぎません。
有機化学の慣例では、形式電荷は正しく描かれたルイス・ケクレ構造の必須要素であり、ゼロ以外の形式電荷を省略した構造は不正確、あるいは少なくとも不完全とみなされます。形式電荷は、電荷を持つ原子のすぐ近くに描かれます。分かりやすさのために、円で囲む場合と囲まない場合があります。
対照的に、この慣習は無機化学では守られていません。有機金属化学の多くの研究者と配位化学の研究者の大多数は、強調のため、または特定の点を指摘するために必要な場合を除き、形式電荷を省略します。[ 3 ]代わりに、共有結合した電荷を持つ実体の後に右上隅の⌝が描かれ、その直後に全体の電荷が続きます。
右上隅の⌝は、電荷を持つ種全体を囲む角括弧に置き換えられる場合があり、その場合も、括弧のすぐ外側の右上隅に総電荷が書き込まれます。
この実践上の違いは、主族元素のみを含む化合物については結合次数、価電子数、ひいては形式電荷の割り当てが比較的容易であること（ただし、有機リチウム試薬やエノラートのようなオリゴマー化合物は過度に単純化され理想化された形で表現される傾向がある）に起因しますが、遷移金属は価電子数が不明確なため、形式電荷を割り当てる明確な方法がありません。
形式電荷は、分子内の電荷分布を推定するためのツールです。 [ 1 ] [ 2 ]酸化状態の概念は、分子内の電子分布を評価するための競合する手法です。二酸化炭素中の原子の形式電荷と酸化状態を比較すると、次の値が得られます。
これらの値に違いが生じる理由は、形式電荷と酸化状態が、分子内の原子間の電子分布を根本的に異なる視点から捉えているためです。形式電荷では、各共有結合内の電子は、結合を構成する2つの原子間で完全に均等に分配されていると仮定されます（そのため、上記の方法では2で割っています）。CO₂分子の形式電荷による表現は、基本的に以下のようになります。
形式電荷を用いる場合、結合の共有（電子の共有）的な側面が過度に強調されるが、実際には酸素原子は炭素原子よりも電気陰性度が高いため、酸素原子の周囲にはより高い電子密度が存在する。これは静電ポテンシャルマップを用いることで最も効果的に視覚化できる。
酸化状態表記法では、結合中の電子は電気陰性度の高い原子に「割り当てられる」 。CO₂分子の酸化状態表記は以下のとおりである。
酸化状態は結合のイオン性を過度に強調する。炭素と酸素の電気陰性度の差は、結合をイオン性であるとみなすには不十分である。
実際には、分子内の電子の分布は、これら二つの極端な状態の中間に位置する。分子の単純なルイス構造の見方の不十分さから、スレーター、ポーリングらによる、より一般的に適用可能で正確な原子価結合理論が開発され、その後、マリケンとフントによって分子軌道理論が開発された。
