Kemijska formula

Kemijska formulaje simbolični ali grafični prikaz sestave oziroma zgradbemolekulekemijske spojine.Formule se zapisujejo s simbolielementov,številkami, ki pomenijo številoatomovposameznega elementa ali število atomskih struktur, oklepaji, ki ločujejo vgnezdene ali ponavljajoče se strukture, in črtami, ki simbolizirajokemijske vezi.Kemijske formule služijo tudi za zapiskemijskih reakcij.

Takšen sistem zapisovanja je zasnovalšvedskikemikJöns Jacob Berzeliusv19. stoletju.

Empirična formula

Empirična formula je najenostavnejša kemijska formula, v kateri je prikazano, kateri elementi so v spojini in v kakšnem razmerju so. Empirične formule so standradne za ionske spojine, na primer MgSO₄,inmakromolekule,na primer SiO₂.Empirična formula ne upoštevaizomerije,povezav med posameznimi atomi znotraj molekule in dejanskega števila atomov v molekuli.

Izrazempiričenizhaja iz elementarne analize, ene od tehnikanalizne kemije,ki ugotavljamasni deležposameznega elementa v čisti spojini. Primer:heksanima molekulsko formulo C₆H₁₄in strukturno formulo CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃iz katerih je razvidno, da posamezna molekula vsebuje 6 atomovogljikain 14 atomovvodika,njegova empirična formula pa je C₃H₇,ker je razmerje med ogljikom in vodikom 3:7. Podobno je privodikovemu peroksidu(H₂O₂). Njegova empirična formula je HO, ker je razmerje med elementoma 1:1.

Molekulska formula

Molekulska formula pove veliko več kot empirična formula in sicer kateri elementi so v molekuli in koliko atomov posameznega elementa je v molekuli. Primer: empirična formula glukoze je CH₂O, njena molekulska formula, ki ustreza resničnemu stanju, pa je C₆H₁₂O₆.Molekulska formula ne upošteva izomerije in razporeditve atomov znotraj molekule. Molekulska formula: etilester acetocetna kislina:CH₃COCH₂COOC₂H₅

Strukturna formula

Strukturna formula kemijske spojine je grafični prikaz zgradbe molekule, iz katere je razvidna razporeditev atomom in kemijskih vezi. Najpogosteje se uporabljajo racionalna, strukturna in skeletna formula. Poleg teh formul se uporabljajo tudi drugi načini zapisa kemijske strukture.

Strukturna formula ima v primerjavi z molekulsko formulo več prednosti. Ena od njih je prav gotovo velika preglednost zapisa kemijske reakcije: iz strukturne formule je razviden potek reakcije in vse spremembe, ki so med reakcijo nastale. Druga prednost je prikaz različnih izomernih oblik neke spojine, ki iz njene molekulske formule niso razvidne.

Posebnosti

Dvojne in trojne vezi

Etanvsebuje dva ogljikova atoma, ki sta povezana zenojno vezjo,na vsak ogljikov atom pa so, tudi z enojnimi vezmi, vezani trije vodikovi atomi. Njegovo formulo se lahko zapiše s C₂H₆ali CH₃CH₃.

Vetenu(C₂H₄) je med ogljikovima atomomadvojna vez.Njen zapis se lahko opusti, ker je implicitno zapisana s tem, da ima vsak ogljik samo dva vodika. Formulo se v tem primeru zapiše s CH₂CH₂.Zaradi boljše preglednosti je bolje, da se dvojno vez zapiše eksplicitno s CH₂=CH₂ali CH₂::CH₂,pri čemer vsak par točk predstavlja vezni elektronski par.

Takšen zapis je sicer boljši, vendar iz njega ni razviden položaj funkcionalnih skupin na ogljikovih atomih ob dvojni vezi. Primer:alkenbut-2-en ima dvaizomera,kar iz kemijske formule CH₃CH=CHCH₃ni razvidno. Kadar je položaj funkcionalnih skupin pomemben, se njihov položaj eksplicitno označi scis(Z) alitrans(E).

Trojno vezse zapiše s tremi črticami ≡, na primer CH≡CH, ali s tremi pari točk:::.Vsaka črtica ali par točk pomeni eno vez med ogljikovima atomoma.

Molekule z mnogokratnimi funkcionalnimi skupinami

Mnogokratne funkcionalne skupine v molekuli se zapiše v okroglih oklepajih, z indeksom na desni pa se označi njihovo število. Primer: Ca₃(PO₄)₂ali (CH₃)₃CH (2-metilpropan). Prvi zapis pomeni, da sta v molekuli kalcijevega fosfata dve skupini PO₄^3-,drugi zapis pa pomeni, da so na osrednji ogljikov atom vezane tri metilne skupine. Drugo spojino se lahko zapiše tudi kot CH₃CH(CH₃)CH₃.

Polimeri

Formulepolimerovse zapisujejo tako, da se ponavljajočo se enoto oziroma sekvenco zapiše v oklepaju z desnim indeksom, ki pomeni število enot. Zapis CH₃(CH₂)₅₀CH₃pomeni, da je v polimeru 50 CH₂skupin. V polimerih število ponavljajočih se enot običajno ni znano, zato se njihovo furmulo zapiše kar s splošno formulo CH₃(CH₂)_nCH₃.

Ioni

Ionposameznega elementa se zapiše s simbolom elementa in desnim eksponentom, ki pomeni njegov naboj, na primer K⁺in Al³⁺.

Večatomski ioni se zapisujejo tako, da se v desni eksponent zapiše njihov skupni naboj, na primer SO₄^2-ali PO₄^3-.

Za zapise kompleksnih ionov se uporabljajo oglati oklepaji, na primer [B₁₂H₁₂]^2-.Ionske skupine, ki so vgnezdene znotraj kompleksnega iona, se zapišejo v okroglem oklepaju, na primer [Co(NH₃)₆]³⁺.Zadnji zapis pomeni, da kompleksni ion vsebuje šest NH₃skupin, celotna skupina v oglatem oklepaju pa ima naboj +3.

Izotopi

Izotopi so najbolj aktualni v jedrski kemiji in kemiji stabilnih izotopov, v kemijski formuli pa se označujejo z levim eksponentom ob simbolu elementa. Primer: fosfatni ion, ki vsebujeradioaktivnifosfor32, se zapiše kot³²PO₄^3-.

Zapisu izotopa se pogosto doda še zapis atomskega števila, ki se zapiše kot levi indeks, na primer¹⁶₈O₂za kisikov najpogostejše izotop. Takšen zapis je zaradi preglednosti zelo uporaben pri pisanju in urejanjujedrskih reakcij.

Ujeti atomi

Za zapis atomov in molekul, ki so ujeti v kletko, vendar z njo niso kemijsko povezani, se uporablja simbol @. Takšen zapis se je začel uporabljati po letu1990,ko so odkrilifulerenskekletke, v katere so lahko ujeti atomi, na primerlantana.Tako ujeti atom se zapiše, na primer, z La@C₆₀ali La@C₈₂.

Primer nefulerenske kletke je ion [As@Ni₁₂As₂₀]^3-,v kateri je arzenov ion ujet v kletki iz 32 atomovnikljainarzena.

Nestehiometrične formule

Kemijske formule so praviloma zapisane s celimi števili atomov, obstoja pa cel razred tako imenovanihnestehiometričnih spojin,ki se jih ne da zapisati s celimi števili. Takšne formule se zapisujejo z decimalnimi števili, na primer Fe_0,95O, ali s številko in črko, na primer Fe_1–xO, pri čemer je x praviloma mnogo manjši od 1.

Splošna formula organskih spojin

Organske spojine, ki se med seboj razlikujejo za enako enoto, na primer CH₂,so homologi in tvorijo tako imenovano homologno vrsto. Člene homologne vrste se pogosto zapiše kar s splošnim členom oziroma s splošno formulo. Primer: splošna formulaalkanovje C_nH_2n+2,alkenovC_nH_2nitd., pri čemer je n število ogljikovih atomov oziroma zaporedna številka homologa.

Hillov sistem

V Hillovem sistemu pisanje kemijskih formul se na prvem mestu zapišeogljik.Ogljiku sledivodik,vodiku pa ostali elementi po abecednem vrstnem redu. Če v formuli ni ogljika, se vsi elementi, vključno z vodikom, zapisujejo po abecedi. Hillov sistem omogoča enostavno sortiranje in iskanje kemijskih spojin. Primeri: C₂H₄BrI, BrH, HI itd.

Viri

• Ralph S. Petrucci, William S. Harwood and F. Geoffrey Herring, General Chemistry, 8th Edition (Prentice-Hall 2002)