Wat zijn structurele isomeren?
Structurele isomeren zijn verbindingen met dezelfde chemische formule die verschillende structuren en eigenschappen hebben op basis van hoe hun samenstellende atomen zijn geordend. Er zijn bijvoorbeeld twee structurele isomeren met dezelfde chemische formule C4H10, namelijk normaal butaan CH3 CH2 CH2 CH3 en methylpropaan (CH3) 2 CHCH2 CH3. Het is interessant om op te merken dat normaal butaan kookt bij -0,5 graden Celsius, terwijl methylpropaan kookt bij +28 graden Celsius. Naarmate het aantal atomen groeit, neemt het aantal isomeren toe. Er zijn drie structurele isomeren met chemische formule C 5 H 12 , vijf met formule C 6 H 14 en negen met formule C 7 H 16 .
Structurele isomeren van koolstof zijn niet alleen beperkt tot koolstof en waterstof, hoewel dit de meest bekende voorbeelden van structurele isomerie zijn. In het medicijnkastje voor huishoudelijk gebruik kan men C 3 H 80 vinden, of isopropylalcohol, soms geïdentificeerd als "ontsmettingsalcohol". De structuurformule is CH3CH (OH) CH3. Bovendien is er n-propylalcohol, CH3CH2CH2 (OH) en zelfs methylethylether, CH30CH2CH3, hoewel geen van deze twee verbindingen waarschijnlijk thuis wordt gevonden. Er zijn ook structurele isomeren van koolstofverbindingen die andere atomen bevatten.
Wat zo'n overvloed aan isomere vormen mogelijk maakt, is het vermogen van de atomen van enkele elementen - met name koolstof - om zich aan elkaar te verbinden. Dit komt door de aard van de bindingen tussen de atomen. Aangrenzende koolstofatomen worden verbonden door covalente bindingen, bindingen waarin deelnemende atomen elektronen gelijk delen, in plaats van ze van het ene atoom op het andere over te dragen. Ter illustratie, in gewoon keukenzout, NaCl, geeft het deelnemende natriumatoom zijn ene beschikbare elektron af aan het chlooratoom en worden de twee atomen elektrostatisch aangetrokken. Niets dergelijks bestaat tussen de verbonden koolstofatomen in ethaan, C2H6.
Silicium en boor hebben hetzelfde vermogen om aan elkaar te binden zonder elektronenoverdracht. De structurele isomeren van silicium en boor worden goed geïllustreerd in de silanen - verbindingen van silicium en waterstof - en de boranen - verbindingen van boor en waterstof. Verbindingen van koolstof en waterstof beginnen met het molecuul methaan, CH 4 . Analoog hieraan beginnen de verbindingen van silicium en waterstof met silaan, SiH 4 . Interessant is dat de verbindingen van boor en waterstof anders beginnen met boraan, BH3 - een verbinding die alleen bekend is in de gasvormige toestand die snel dimeriseert om B2H6 te vormen.
Het vermogen om structurele isomeren te vormen verhoogt het aantal mogelijke verbindingen met een bijna eindeloos bereik van eigenschappen aanzienlijk. In het geval van koolstof maken structurele isomeren de verbindingen van het leven mogelijk. Voor silicium en boor biedt de grote verscheidenheid aan verbindingen de wetenschappelijke en productiewereld een overvloed aan reagentia. Een toepassing van silaanderivaten is in coatings waarmee biologisch onschadelijke materialen kunnen worden bevestigd aan titanium implantaatstructuren. Wat boranen betreft, deze kunnen worden gebruikt in gespecialiseerde organische syntheses, in exotische brandstofcellen en zelfs voor raketbrandstof.