正式な告訴

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、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て、分子内の原子に割り当てられる仮想的な電荷です。^{[1] [2]}簡単に言えば、形式電荷とは、中性自由状態の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ている数との差です。分子に最適なルイス構造（または主要な共鳴構造）を決定するときは、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を選択します。^[2]

分子内の任意の原子の形式電荷は次の式で計算できます。 $${\displaystyle q^{*}=VL-{\frac {B}{2}}}$$

ここで、Vは中性原子の孤立状態（基底状態）の価電子の数、 Lは分子のルイス構造でこの原子に割り当てられた非結合価電子の数、Bは分子内の他の原子との結合で共有されている電子の総数です。^[2]また、以下のように視覚的に確認することもできます。

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番号を割り当てます。これらは以下のセクションで比較対照されます。

• 例: CO _{2 は合計16個の}価電子を持つ中性分子です。ルイス構造を描くにはいくつかの方法があります。
  • 炭素は両方の酸素原子に単結合している（炭素 = +2、酸素 = 各 -1、総形式電荷 = 0）
  • 炭素は 1 つの酸素と単結合し、別の酸素と二重結合している (炭素 = +1、酸素_二重結合= 0、酸素_単結合= -1、総形式電荷 = 0)
  • 炭素は両方の酸素原子と二重結合している（炭素 = 0、酸素 = 0、総形式電荷 = 0）

3 つの構造すべてで合計電荷はゼロになりますが、分子内に電荷がまったく存在しないため、最終構造の方が優れています。

以下は同等です:

• 形式電荷が求められる原子の周りに円を描きます（下の二酸化炭素のように）

• 原子の「円」内の電子の数を数えます。円は共有結合を「半分」に切断するため、各共有結合は 2 個ではなく 1 個の電子として数えられます。
• 円内の電子の数を、孤立した状態（基底状態）の中性原子の価電子の数から減算して、形式電荷を決定します。

• この二酸化炭素のルイス構造の残りの原子に対して計算された形式電荷を以下に示します。

形式電荷は、このシステムが形式主義であるという意味で、まさに形式的である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、分子が形成されるときに各原子がもたらすすべての価電子を追跡する方法にすぎません。

有機化学の慣例において、形式電荷は正しく表現されたルイス・ケクレ構造の重要な特徴であり、非ゼロの形式電荷を省略した構造は不正確、または少なくとも不完全であると見なされます。形式電荷は電荷を持つ原子の近くに描かれます。わかりやすくする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。有機金属化学の研究者の多くと錯体化学の研究者の大多数は、強調のために必要な場合や特定の点を説明するために必要な場合を除き、正式な電荷を省略します。^[3]代わりに、共有結合した電荷を帯びた実体の後に右上隅の⌝を描き、その直後に全体の電荷を描きます。

右上隅の ⌝ は、荷電種全体を囲む角括弧に置き換えられる場合があり、この場合も合計電荷は括弧のすぐ外側の右上隅に記述されます。

この実際の違いは、主族元素のみを含む化合物の場合、結合次数、価電子数、したがって形式電荷の割り当てが比較的簡単であることに起因します (ただし、有機リチウム試薬やエノラートなどのオリゴマー化合物は過度に単純化され理想化された方法で表される傾向があります)。しかし、遷移金属の価電子数は不明瞭であるため、形式電荷を割り当てる明確な方法はありません。

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方法を構成します。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。

これらの値が異なる理由は、形式電荷と酸化状態が分子内の原子間の電子の分布を捉える根本的に異なる方法を表しているためです。形式電荷では、各共有結合の電子は結合内の 2 つの原子間で正確に均等に分割されると想定されます (したがって、上記の方法で 2 で割っています)。CO ₂分子の形式電荷の見方は、基本的に次のようになります。

形式電荷の使用では、結合の共有（共有）の側面が過度に強調されています。これは、実際には酸素原子の電気陰性度が炭素原子よりも高いため、酸素原子の周囲に高い電子密度があるためです。これは、静電ポテンシャル マップで最も効果的に視覚化できます。

酸化状態の形式主義では、結合中の電子は、より大きな電気陰性度を持つ原子に「与えられ」ます。 CO ₂分子の酸化状態の図を以下に示します。

酸化状態は結合のイオン性の性質を過度に強調します。炭素と酸素の電気陰性度の差は、結合がイオン性であるとみなすには不十分です。

実際には、分子内の電子の分布は、これら 2 つの極端な例の間のどこかにあります。分子の単純なルイス構造の見方が不十分であったため、スレーター、ポーリングらは、より一般的に適用可能で正確な原子価結合理論を開発し、その後、マリケンとフントは分子軌道理論を開発しました。

• 酸化状態
• 原子価（化学）
• コーディネート番号