Хімічна формула

Матеріал з Вікіпедії – вільної енциклопедії
Перейти до навігації Перейти до пошуку

Хімічна формула — умовне позначення хімічного складу та структури сполук за допомогою символів хімічних елементів , числових та допоміжних знаків ( дужок , тире тощо). Хімічні формули є складовою частиноюмови хімії , на їх основі складаються схеми та рівняння хімічних реакцій , а також хімічна класифікація та номенклатура речовин [1] . Одним із перших почав використовувати їх російський хімік А. А. Іовський .

Хімічна формула може позначати або відображати [1] :

Наприклад, формула HNO 3 означає:

  • 1 молекулу азотної кислоти або 1 моль азотної кислоти;
  • якісний склад: молекула азотної кислоти складається з водню , азоту та кисню ;
  • кількісний склад: до складу молекули азотної кислоти входять один атом водню, один атом азоту та три атоми кисню.

Види

В даний час розрізняють такі види хімічних формул:

  • Найпростіша формула . Може бути отримана дослідним шляхом визначення співвідношення хімічних елементів у речовині із застосуванням значень атомної маси елементів. Так, найпростіша формула води – H 2 O, а найпростіша формула бензолу – CH (на відміну від C 6 H 6 – істинної, див. далі ). Атоми у формулах позначаються знаками хімічних елементів, а їх відносна кількість — числами у форматі нижніх індексів. [2]
  • Справжня формула . Молекулярна формула [3] може бути отримана, якщо відома молекулярна маса [3] речовини. Справжня формула води Н 2 Про, що збігається із найпростішою. Справжня формула бензолу З 6 Н 6 відрізняється від найпростішої. Справжні формули називають брутто-формулами . Вони відбивають склад, але з структуру молекул речовини. Істинна формула показує точну кількість атомів кожного елемента однієї молекули. Цій кількості відповідає [нижній] індекс - маленька цифра після символу відповідного елемента. Якщо індекс дорівнює 1, тобто в молекулі є тільки один атом даного елемента, то такий індекс не вказують.
  • Раціональна формула . У раціональних формулах виділяються групи атомів, притаманних класів хімічних сполук. Наприклад, для спиртів виділяється група -ОН . При записі раціональної формули такі групи атомів укладаються у круглі дужки (ВІН). Кількість груп, що повторюються, позначаються числами у форматі нижніх індексів, які ставляться відразу за закриває дужкою. Квадратні дужки застосовуються для відображення структури комплексних з'єднань . Наприклад, До 4 [Co (CN) 6 ] [4] - гексаціанокобальтат калію . Раціональні формули часто зустрічаються у напіврозгорнутому вигляді, коли частина однакових атомів показується окремо для кращого відображення будови молекули речовини.
  • Формула Маркуша є формулою, в якій виділяється активне ядро ​​і кілька варіантів заступників, що об'єднуються в групу альтернативних структур. Вона є зручним способом позначення хімічних структур у узагальненому вигляді. Формула відноситься до опису цілого класу речовин. Використання «широких» формул Маркуша у хімічних патентах призводить до багатьох проблем та дискусій.
  • Емпірична формула . Різні автори можуть використовувати цей термін для позначення найпростішої [5] , істинної чи раціональної [6] формули.
  • Структурна формула . У графічному вигляді вказує взаємне розташування атомів у молекулі. Хімічні зв'язки між атомами позначаються лініями (рисками). Розрізняють двовимірні (2D) та тривимірні (3D) формули. Двовимірні є відображенням структури речовини на площині (також скелетна формула — спроби наблизити 3D-структуру на 2D-площині). Тривимірні [просторові моделі] дозволяють найбільш близько до теоретичних моделей будови речовини представляти його склад, і, найчастіше (але не завжди), повніше (справжнє) взаємне розташування атомів, кут зв'язку та відстані між атомами.

Наприклад, для етанолу :

  • Найпростіша формула: З 2 Н 6
  • Справжня, емпірична, або брутто-формула: З 2 Н 6
  • Раціональна формула: З 2 Н 5 ВІН
  • Раціональна формула в напіврозгорнутому вигляді: СН 3 СН 2 ВІН
  • Структурна формула (2D):
 Н Н
      │ │
    Н-С-С-О-Н
      │ │
      Н Н
  • Структурна формула (3D):
Варіант 1:
Ethanol-3D-balls.png
Варіант 2:
Ethanol-3D-vdW.png

Найпростішою формулою З 2 Н 6 Про однаковою мірою може відповідати і диметиловий ефір (раціональна формула; структурна ізомерія ): СН 3 -О-СН 3 .

Існують інші способи запису хімічних формул. Нові методи виникли наприкінці 1980-х із розвитком персональної комп'ютерної техніки ( SMILES , WLN, ROSDAL, SLN та інших.). У персональних комп'ютерах до роботи з хімічними формулами використовуються спеціальні програмні засоби, звані молекулярними редакторами .

Примітки

  1. 1 2 Основні поняття хімії (Недоступне посилання) . Дата звернення: 23 листопада 2009 року. Архівовано 21 листопада 2009 року.
  2. Розрізняють емпіричну та істинну формули. Емпірична формула виражає найпростішу формулу речовини (хімічної сполуки), яку встановлюють елементним аналізом. Так, аналіз показує, що найпростіша , або емпірична формула деякого з'єднання відповідає CH. Справжня формула показує, скільки таких найпростіших груп CH міститься у молекулі. Представимо істинну формулу у вигляді (CH) x , тоді при значенні x = 2 маємо ацетилен C 2 H 2 при x = 6 - бензол C 6 H 6 .
  3. 1 2 Строго кажучи, не можна вживати терміни « молекулярна формула » і « молекулярна маса » солі, оскільки в солях немає молекул, а є тільки впорядковані грати, що складаються з іонів . Жоден з іонів натрію [катіон] у структурі хлориду натрію не «належить» якомусь конкретному хлорид-іону [аніону]. Правильно говорити про хімічну формулу солі та відповідну їй формулну масу . Оскільки хімічна формула ( істинна ) хлориду натрію — NaCl, формульна маса хлориду натрію визначається як сума атомних мас одного атома натрію та одного атома хлору:

    1 атом натрію: 22,990 а. е. м.
    1 атом хлору: 35,453 а. е. м.
    ———————————

    Разом: 58,443 а. е. м.

    Прийнято називати цю величину « молекулярною масою » хлориду натрію, і немає ніяких непорозумінь, якщо ясно усвідомлювати, яку структуру має сіль. Моль хлориду натрію має масу 58,443 р. У ньому міститься 6,022·10 23 іонів натрію та 6,022·10 23 хлорид-іонів. Хоча вони і не поєднані попарно в молекули, співвідношення між числом тих і інших іонів точно 1 : 1.

  4. Формули з'єднань іонного типу [і/або у припущенні, що вони іонні — полярні ковалентні (проміжні іонно-ковалентні)] виражають лише найпростіше співвідношення між іонами (катіонами та аніонами). Так, кристал кухонної солі NaCl складається з іонів Na + і Cl , що у співвідношенні 1:1, що забезпечує електронейтральність з'єднання в цілому. Розмірковуючи подібним чином, відзначимо, що кристали CaF 2 складаються з Ca 2+ і F - у співвідношенні 1:2. Так само До 4 [Co(CN) 6 ] складається з катіонів К + і [комплексних координаційних ] аніонів Co(CN) 6 4- у співвідношенні 4:1 (хоча дане з'єднання має більш складну координаційно-комплексну кристалічну будову). Аналогічним чином пірит FeS 2 містить катіони Fe 2+ і аніони S 2 2- у співвідношенні 1:1 (сульфід-аніонів S 2- воно не має; атоми сірки в персульфід-аніоні пов'язані відносно міцним ковалентним [неполярним ковалентним ] зв'язком).
    У сполуках подібного типу не можна виявити окремі молекули NaCl і CaF 2 і тому ці формули вказують лише на співвідношення катіонів і аніонів, з яких складаються ці речовини (хімічні сполуки).
  5. М. А. Федоровська. Формула хімічна // Хімічна енциклопедія в 5 т. - М .: Велика Російська Енциклопедія, 1998. - Т. 5. - С. 123. - 783 с.
  6. Довідник хіміка. - Л .: Хімія, 1971. - Т. II. - С. 397. - 1168 с. - 20 000 прим.

Див. також