Dlaczego każdy inny element z wyjątkiem fluorut wziąć elektrony z tlenu?
Istnieją dwa proste sposoby obliczania ładunków na atomach, które mogą być wykonane ręcznie.
Pierwszy opiera się na koncepcji liczb utlenienia. Aby je zdefiniować, należy narysować strukturę Lewisa docelowej cząsteczki/jonu i zerwać wszystkie wiązania kowalencyjne poprzez przeniesienie obu elektronów w wiązaniu do bardziej elektroujemnego atomu (zwykle w oparciu o skalę Paulinga). W tym sensie, z definicji tlen przedstawia ładunek dodatni tylko wtedy, gdy albo elektron jest bezpośrednio usunięty z tlenu, albo gdy dzieli on wiązanie z fluorem. Takich przykładów jest stosunkowo niewiele, ponieważ wiązania $O-F}$ są słabe, a atomy tlenu trudno jonizować. Przykładami cząsteczek z wiązaniami $O-F}$ i dodatnią liczbą utlenienia na atomie tlenu są $OF2}$ (+2) i $O2F2}$ (+1). Ciekawym przykładem tlenu z dodatnią liczbą utlenienia jest kation dioxygenylowy, $0,5 na obu atomach, który jest dość trudny do wytworzenia, chyba że w reakcji z silnie fluorowanymi substancjami, takimi jak $PtF5}$ lub $AsF5}$. Są one na tyle żarłoczne dla elektronów, że odrywają jeden z nich od obojętnej cząsteczki tlenu, tworząc m.in. sole jonowe $O2^+{-}}$ i $O2^+^{-}}$. Suma wszystkich liczb oksydacyjnych w cząsteczce/jonie musi być równa jej ładunkowi netto.
Drugi sposób obliczania ładunków opiera się na pojęciu ładunków formalnych. Aby je znaleźć, narysuj strukturę Lewisa docelowej cząsteczki/jonu i zerwij wszystkie wiązania kowalencyjne w samym środku, przenosząc jeden elektron do każdego z wiążących atomów, niezależnie od elektroujemności. Ta definicja nie opiera się na elektronegatywności, więc jak można podejrzewać, znacznie częściej tlen ma dodatni ładunek formalny. Proste przykłady (wszystkie poniższe z dodatnim ładunkiem formalnym +1) obejmują kation hydroniowy $, kationy trialkiloksoniowe, takie jak trimetyloksonium $, centralny atom tlenu w ozonie $ i pierścienie aromatyczne pyrylu, z których ostatni występuje w wielu związkach naturalnych. Suma wszystkich ładunków formalnych w cząsteczce/jonie musi również być równa jej ładunkowi netto.
(Bardziej obrazowe wyjaśnienie sposobów obliczania liczb utlenienia i ładunków formalnych można znaleźć w tym artykule w Wikipedii)
Więc, która z tych dwóch koncepcji jest poprawna? W rzeczywistości, żadna z nich. Są one zarówno skrajności skali, a rzeczywistość często siedzi gdzieś pośrodku. Oba są przeznaczone bardziej jako mechanizm księgowy do śledzenia całkowitego ładunku w jonie/cząsteczce, i zapewniają pewne jakościowe pojęcie o tym, gdzie elektrony mogą być bardziej skoncentrowane lub rzadkie. Próby dokładnego określenia ładunków atomowych polegają na skomplikowanych obliczeniach w chemii obliczeniowej. Obliczenia te nie musz± się zgadzać (i najczę¶ciej się nie zgadzaj±) z warto¶ciami podanymi przez liczby utlenienia lub ładunki formalne, a rzeczywiste ładunki mog± być reprezentowane przez dowoln± liczbę rzeczywist±, rzadko będ±c± liczb± całkowit± lub ułamkiem zwykłym.
W świetle tego przyjrzyjmy się Twojemu twierdzeniu. Sugeruje Pan, że fluor przyjmuje elektrony od tlenu, podczas gdy inne fluorowce nie. Weźmy dwa proste przykłady $ i $Cl2O}$. Oba są gazami w temperaturze pokojowej, co sugeruje, że wiązanie w tych substancjach nie jest w przeważającej mierze jonowe, a więc żaden atom nie odbiera elektronów całkowicie od innego; zamiast tego dzielą się one swoimi elektronami. Tak więc są one dobrze opisane przez rozważenie, że atomy tlenu i halogenu są kowalencyjnie związane w cząsteczkę podobną do wody, z wyjątkiem atomów halogenu w miejsce atomów wodoru. Stosując pojęcie liczby utleniania, atom tlenu w $OF2$ ma liczbę utleniania +2, jak stwierdzono wcześniej, podczas gdy w $Cl2O}$ tlen ma liczbę utleniania -2. Stosując pojęcie ładunku formalnego, stwierdzamy, że ładunek formalny atomu tlenu w obu cząsteczkach wynosi dokładnie zero. Żadna z tych koncepcji nie jest poprawna, więc spodziewamy się, że rzeczywistość będzie czymś pomiędzy. Dokładnie jaki to ładunek, nie wiemy bez uciekania się do obliczeń komputerowych, ale prawdopodobnie można bezpiecznie powiedzieć, że atom tlenu jest bardziej ubogi w elektrony w $ niż w $Cl2O}$.