ในวิชาเคมีประจุฟอร์มัล ( FCหรือq* ) ในมุมมองพันธะเคมีแบบโคเวเลนต์คือประจุ สมมุติ ที่กำหนดให้กับอะตอมในโมเลกุลโดยถือว่าอิเล็กตรอน ใน พันธะเคมีทั้งหมดถูกแบ่งปันอย่างเท่าเทียมกันระหว่างอะตอม โดยไม่คำนึงถึง ค่าอิเล็ก โทรเนกาติวิตีสัมพัทธ์^{[ 1 ] [ 2 ]}ในแง่ง่ายๆ ประจุฟอร์มัลคือความแตกต่างระหว่างจำนวนอิเล็กตรอนวาเลนซ์ของอะตอมในสถานะอิสระที่เป็นกลางและจำนวนที่กำหนดให้กับอะตอมนั้นในโครงสร้างลูอิสเมื่อพิจารณาโครงสร้างลูอิสที่ดีที่สุด (หรือโครงสร้างเรโซแนนซ์ ที่เด่น ) สำหรับโมเลกุล โครงสร้างจะถูกเลือกเพื่อให้ประจุฟอร์มัลบนอะตอมแต่ละตัวใกล้เคียงกับศูนย์มากที่สุด^{[ 2 ]}

ประจุฟอร์มัลของอะตอมใดๆ ในโมเลกุลสามารถคำนวณได้โดยใช้สมการต่อไปนี้: $${\displaystyle q^{*}=VL-{\frac {B}{2}}}$$

โดยที่Vคือจำนวนอิเล็กตรอนวาเลนซ์ของอะตอมที่เป็นกลางในสภาวะแยกเดี่ยว (ในสถานะพื้นฐาน); Lคือจำนวนอิเล็กตรอนวาเลนซ์ที่ไม่เกิดพันธะที่กำหนดให้กับอะตอมนี้ในโครงสร้างลูอิสของโมเลกุล; และBคือจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ใช้ร่วมกันในพันธะกับอะตอมอื่น ๆ ในโมเลกุล^{[ 2 ]}นอกจากนี้ยังสามารถหาได้ด้วยภาพดังที่แสดงด้านล่าง

ประจุฟอร์มัลและสถานะออกซิเดชันต่างก็กำหนดตัวเลขให้กับอะตอมแต่ละตัวภายในสารประกอบ ซึ่งจะมีการเปรียบเทียบและอธิบายความแตกต่างในหัวข้อถัดไป

• ตัวอย่าง: CO₂ _เป็นโมเลกุลที่เป็นกลาง มีอิเล็กตรอนวาเลนซ์ ทั้งหมด 16 ตัว มีหลายวิธีในการวาดโครงสร้างลูอิส
  • คาร์บอนมีพันธะเดี่ยวกับอะตอมออกซิเจนทั้งสอง (คาร์บอน = +2, ออกซิเจน = −1 ต่ออะตอม, ประจุฟอร์มัลรวม = 0)
  • คาร์บอนมีพันธะเดี่ยวกับออกซิเจนหนึ่งอะตอม และมีพันธะคู่กับออกซิเจนอีกหนึ่งอะตอม (คาร์บอน = +1, ออกซิเจน_{พันธะคู่} = 0, ออกซิเจนพันธะ_{เดี่ยว} = −1, ประจุฟอร์มัลรวม = 0)
  • คาร์บอนมีพันธะคู่กับอะตอมออกซิเจนทั้งสอง (คาร์บอน = 0, ออกซิเจน = 0, ประจุฟอร์มัลรวม = 0)

แม้ว่าโครงสร้างทั้งสามจะให้ประจุรวมเป็นศูนย์ แต่โครงสร้างสุดท้ายนั้นดีที่สุด เพราะโมเลกุลไม่มีประจุเลย

ข้อความต่อไปนี้มีความหมายเทียบเท่ากัน:

• วาดวงกลมรอบอะตอมที่ต้องการทราบประจุฟอร์มัล (เช่นเดียวกับคาร์บอนไดออกไซด์ด้านล่าง)

• นับจำนวนอิเล็กตรอนใน "วงกลม" ของอะตอม เนื่องจากวงกลมตัดพันธะโคเวเลนต์ "ครึ่งหนึ่ง" ดังนั้นพันธะโคเวเลนต์แต่ละพันธะจึงนับเป็นอิเล็กตรอนหนึ่งตัวแทนที่จะเป็นสองตัว
• นำจำนวนอิเล็กตรอนในวงกลมมาลบออกจากจำนวนอิเล็กตรอนวาเลนซ์ของอะตอมที่เป็นกลางในสภาวะโดดเดี่ยว (ในสถานะพื้นฐาน) เพื่อหาค่าประจุฟอร์มัล

• ประจุอย่างเป็นทางการที่คำนวณได้สำหรับอะตอมที่เหลือในโครงสร้างลูอิสของคาร์บอนไดออกไซด์นี้แสดงไว้ด้านล่าง

สิ่งสำคัญที่ควรจำไว้คือ ประจุฟอร์มัลนั้นเป็นเพียงสัญลักษณ์เท่านั้นในแง่ที่ว่าระบบนี้เป็นเพียงรูปแบบหนึ่งเท่านั้น ระบบประจุฟอร์มัลเป็นเพียงวิธีการหนึ่งในการติดตามอิเล็กตรอนวาเลนซ์ทั้งหมดที่แต่ละอะตอมนำติดตัวมาเมื่อโมเลกุลก่อตัวขึ้น

ใน ทาง เคมีอินทรีย์ประจุฟอร์มัลเป็นคุณลักษณะที่สำคัญของโครงสร้างลูอิส-เคคูเล่ ที่ถูกต้อง และโครงสร้างที่ละเว้นประจุฟอร์มัลที่ไม่เป็นศูนย์ถือว่าไม่ถูกต้อง หรืออย่างน้อยก็ไม่สมบูรณ์ ประจุฟอร์มัลจะถูกวาดไว้ใกล้กับอะตอมที่มีประจุนั้น อาจมีหรือไม่มีวงกลมล้อมรอบเพื่อความชัดเจน

ในทางตรงกันข้าม ธรรมเนียมนี้ไม่ได้ถูกนำมาใช้ในเคมีอนินทรีย์นักวิจัยหลายคนในสาขาออร์กาโนเมทัลลิกและนักวิจัยส่วนใหญ่ในสาขาเคมีเชิงโคออร์ดิเนชันจะละเว้นประจุอย่างเป็นทางการ เว้นแต่ว่าจำเป็นต้องใช้เพื่อเน้นย้ำ หรือจำเป็นต้องใช้เพื่อชี้ให้เห็นประเด็นใดประเด็นหนึ่งโดยเฉพาะ^{[ 3 ]}แทนที่จะใช้ประจุอย่างเป็นทางการ จะมีการวาดเครื่องหมาย ⌝ ที่มุมบนขวาตามหลังหน่วยที่มีประจุซึ่งถูกผูกมัดด้วยพันธะโควาเลนต์ จากนั้นจึงตามด้วยประจุ โดย รวม ทันที

สัญลักษณ์ ⌝ ที่มุมบนขวาบางครั้งจะถูกแทนที่ด้วยวงเล็บเหลี่ยมที่ล้อมรอบชนิดของประจุทั้งหมด โดยเขียนประจุรวมไว้ที่มุมบนขวาด้านนอกวงเล็บเหลี่ยมเช่นกัน

ความแตกต่างในทางปฏิบัติข้อนี้เกิดจากการกำหนดอันดับพันธะ จำนวนอิเล็กตรอนวาเลนซ์ และประจุฟอร์มัลได้ค่อนข้างตรงไปตรงมาสำหรับสารประกอบที่มีเฉพาะธาตุหมู่หลักเท่านั้น (แม้ว่า สารประกอบ โอลิโกเมอร์เช่น สารประกอบออร์กาโนลิเทียมและอีโนเลตมักจะถูกแสดงในลักษณะที่ง่ายเกินไปและเป็นอุดมคติ) แต่โลหะทรานซิชันมีจำนวนอิเล็กตรอนวาเลนซ์ที่ไม่ชัดเจน ดังนั้นจึงไม่มีวิธีใดที่จะกำหนดประจุฟอร์มัลได้อย่างชัดเจน

ประจุฟอร์มัลเป็นเครื่องมือสำหรับประมาณการการกระจายตัวของประจุไฟฟ้าภายในโมเลกุล^{[ 1 ] [ 2 ]}แนวคิดของสถานะออกซิเดชันถือเป็นวิธีการแข่งขันในการประเมินการกระจายตัวของอิเล็กตรอนในโมเลกุล หากเปรียบเทียบประจุฟอร์มัลและสถานะออกซิเดชันของอะตอมในคาร์บอนไดออกไซด์จะได้ค่าดังต่อไปนี้:

เหตุผลที่ค่าเหล่านี้แตกต่างกันก็คือ ประจุฟอร์มัลและสถานะออกซิเดชันแสดงถึงวิธีการมองการกระจายตัวของอิเล็กตรอนระหว่างอะตอมในโมเลกุลที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน ในกรณีของประจุฟอร์มัลนั้น อิเล็กตรอนในพันธะโควาเลนต์แต่ละพันธะจะถูกสมมติว่าแบ่งอย่างเท่าเทียมกันระหว่างอะตอมทั้งสองในพันธะ (ดังนั้นจึงมีการหารด้วยสองในวิธีการที่อธิบายไว้ข้างต้น) มุมมองของประจุฟอร์มัลของโมเลกุล CO₂ _แสดงไว้ด้านล่างนี้:

ในการใช้ประจุอย่างเป็นทางการนั้น มักเน้นย้ำแง่มุมของพันธะโควาเลนต์ (การแบ่งปัน) มากเกินไป เนื่องจากในความเป็นจริงแล้วมีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนรอบอะตอมออกซิเจนสูงกว่า เพราะออกซิเจนมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกว่าอะตอมคาร์บอน ซึ่งสามารถแสดงให้เห็นภาพได้อย่างชัดเจนที่สุดในแผนที่ศักย์ไฟฟ้าสถิต

ตามหลักการแสดงสถานะออกซิเดชัน อิเล็กตรอนในพันธะจะถูก "มอบ" ให้กับอะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี สูงกว่า ภาพแสดงสถานะออกซิเดชันของโมเลกุล CO₂ _แสดงอยู่ด้านล่าง:

สถานะออกซิเดชันเน้นย้ำลักษณะไอออนิกของพันธะมากเกินไป ความแตกต่างของค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีระหว่างคาร์บอนและออกซิเจนนั้นไม่เพียงพอที่จะถือว่าพันธะเหล่านั้นมีลักษณะเป็นไอออนิก

ในความเป็นจริง การกระจายตัวของอิเล็กตรอนในโมเลกุลนั้นอยู่ระหว่างสองขั้วนี้ ความไม่เพียงพอของมุมมองโครงสร้างแบบลูอิสอย่างง่ายของโมเลกุล นำไปสู่การพัฒนาทฤษฎีพันธะวาเลนซ์ ที่สามารถนำไปใช้ได้ทั่วไปและมีความแม่นยำมากกว่า ซึ่งพัฒนา โดยสเลเตอร์ พอลลิงและคณะ และต่อมาคือทฤษฎีออร์บิทัลโมเลกุลที่พัฒนาโดยมัลลิเคนและฮุนด์

• สถานะออกซิเดชัน
• วาเลนซ์ (เคมี)
• หมายเลขการประสานงาน