Was ist die Strukturformel?
Die Strukturformel einer chemischen Verbindung ist eine visuelle Darstellung, die zeigt, wie die Atome in dieser Verbindung miteinander verbunden sind. Es ist oft nützlicher als die Summenformel, die die Atome und ihre Mengen angibt, aber nicht ihre Anordnung im Raum. Zum Beispiel zeigt die Summenformel von Wasser, H2O, dass zwei Wasserstoffatome (H) und ein Sauerstoffatom (O) im Molekül vorhanden sind, zeigt jedoch nicht, wie sie angeordnet oder gebunden sind. Es gibt verschiedene Arten von Strukturformeln, einschließlich des Elektronenpunktdiagramms, der Linienbindungsstrukturformel, der kondensierten Strukturformel und der Gerüststrukturformel.
Atome verbinden sich häufig miteinander, indem sie ein Elektronenpaar teilen und eine kovalente Bindung bilden. Sie können auch eine Doppelbindung bilden, in der vier Elektronen anstelle von zwei Elektronen geteilt werden. In einigen Fällen teilen sich nicht alle Elektronen die Bindungen zwischen Atomen in einer Verbindung. Solche losen Elektronenpaare werden als Einzelpaare bezeichnet. Die Strukturformel einer chemischen Verbindung repräsentiert visuell jede dieser verschiedenen Komponenten durch ein System von Punkten oder Linien.
In einem Elektronenpunktdiagramm werden alle zur Bindung verfügbaren Außen- oder Valenzelektronen durch Punkte um das chemische Symbol des Atoms dargestellt. Ein Sauerstoffatom hat sechs Elektronen in seiner Valenzschale, also würde es durch ein O dargestellt, das von sechs Punkten umgeben ist - zwei oben und unten und einen auf jeder Seite. Wenn sich Sauerstoff mit zwei Wasserstoffmolekülen zu Wasser verbindet, werden die Elektronen aus Wasserstoff in kovalenten Bindungen geteilt. Da jeder Wasserstoff ein Valenzelektron hat, erscheint das neue Elektronenpunktdiagramm als zentrales O, umgeben von acht Punkten, zwei auf jeder der vier Seiten, und einem H links und rechts, was bedeutet, dass diese Atome kovalent gebunden sind.
Eine Linienbindungsstrukturformel ersetzt kovalente Bindungen durch gerade Linien und Doppelbindungen durch eine Reihe paralleler Linien. Die Linienbindungsformel von Wasser würde als HOH erscheinen, wobei die einzelnen Elektronenpaare durch Punkte dargestellt werden, zwei über und zwei unter dem O. Dieser Formeltyp wird auch als Lewis-Struktur bezeichnet. Manchmal werden einzelne Paare aus Bequemlichkeitsgründen aus dem Linienbindungsdiagramm weggelassen.
Kondensierte Strukturformeln sind nützlich für komplizierte Moleküle, die zu viel Platz einnehmen würden, wenn alle Bindungen gezeigt würden. Bei dieser Art von Formel werden bestimmte Atome zu Gruppen zusammengefasst und nur die wesentlichen Bindungen gezogen. Da Atome auf vorhersagbare Weise auf der Grundlage ihrer Valenzelektronen aneinander binden, können bestimmte Bindungen bei der Beschreibung der Molekülstruktur weggelassen werden.
Die Gerüstformel geht noch einen Schritt weiter und lässt alle Kohlenstoff- und Wasserstoffatome weg. Sie zeigt nur die chemischen Symbole anderer Gruppen, die durch eine Linie mit einer Zick-Zack-Linienstruktur verbunden sind. Diese Art von Formel ist häufig in der organischen Chemie geeignet, wo Moleküle mit sich wiederholenden Ketten von Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen häufig sind. In einer Gerüstformel wird jeder Kohlenstoff durch einen Winkel in der Linie dargestellt. Verzweigen sich von diesem Winkel zwei Linien, so wird angenommen, dass zwei Wasserstoffatome an den Kohlenstoff gebunden sind. Das leere Ende der Linie zeigt einen Kohlenstoff an, der an drei Wasserstoffatome gebunden ist.