Cosa sono gli isomeri strutturali?
Gli isomeri strutturali sono composti della stessa formula chimica che possiedono strutture e proprietà diverse in base a come sono ordinati i loro atomi costituenti. Ad esempio, ci sono due isomeri strutturali con la stessa formula chimica C 4 H 10 , ovvero butano normale CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 e metilpropano (CH 3 ) 2 CHCH 2 CH 3 . È interessante notare che il normale butano bolle a -0,5 gradi Celsius, mentre il metilpropano bolle a +28 gradi Celsius. Con l'aumentare del numero di atomi, aumenta il numero di isomeri. Esistono tre isomeri strutturali con formula chimica C 5 H 12 , cinque con formula C 6 H 14 e nove con formula C 7 H 16 .
Gli isomeri strutturali del carbonio non si limitano solo al carbonio e all'idrogeno, anche se questi sono i casi più noti di isomerismo strutturale. Nell'armadietto dei medicinali per uso domestico si può trovare C 3 H 8 O, o alcool isopropilico, talvolta identificato come "alcool da sfregamento". La sua formula strutturale è CH 3 CH (OH) CH 3 . Inoltre, c'è alcool n-propilico, CH 3 CH 2 CH 2 (OH) e persino metiletil etere, CH 3 OCH 2 CH 3 , sebbene nessuno di questi due composti possa essere trovato in casa. Esistono anche isomeri strutturali di composti del carbonio contenenti altri atomi.
Ciò che rende possibile una tale abbondanza di forme isomeriche è la capacità degli atomi di alcuni elementi - in particolare il carbonio - di unirsi gli uni agli altri. Ciò è dovuto alla natura dei legami tra gli atomi. Gli atomi di carbonio adiacenti sono uniti da legami covalenti, legami in cui gli atomi partecipanti condividono equamente gli elettroni, piuttosto che trasferirli da un atomo all'altro. Per illustrare, nel normale sale da tavola, NaCl, l'atomo di sodio partecipante cede il suo unico elettrone disponibile all'atomo di cloro e i due atomi sono attratti elettrostaticamente. Non esiste nulla del genere tra gli atomi di carbonio uniti in etano, C 2 H 6 .
Il silicio e il boro hanno la stessa capacità di legarsi l'un l'altro senza trasferimento di elettroni. Gli isomeri strutturali di silicio e boro sono ben illustrati nei silani - composti di silicio e idrogeno - e nei borani - composti di boro e idrogeno. I composti di carbonio e idrogeno iniziano con la molecola di metano, CH 4 . Analogamente a questo, i composti di silicio e idrogeno iniziano con silano, SiH 4 . È interessante notare che i composti del boro e dell'idrogeno iniziano in modo diverso con il borano, BH 3 - un composto noto solo allo stato gassoso che si dimmerizza rapidamente per formare B 2 H 6 .
La capacità di formare isomeri strutturali aumenta notevolmente il numero di possibili composti con una gamma quasi infinita di proprietà. Nel caso del carbonio, gli isomeri strutturali rendono possibili i composti della vita. Per il silicio e il boro, la grande varietà di composti offre ai mondi scientifici e manifatturieri una pletora di reagenti. Un'applicazione di derivati del silano è nei rivestimenti che consentono di fissare materiali biologicamente innocui alle strutture dell'impianto in titanio. Per quanto riguarda i borani, possono essere utilizzati in sintesi organiche specializzate, in celle a combustibile esotiche e persino per il carburante rocketry.