Co to są izomery strukturalne?
Izomery strukturalne to związki o tym samym wzorze chemicznym, które mają różne struktury i właściwości w zależności od kolejności ich atomów składowych. Na przykład istnieją dwa izomery strukturalne o tym samym wzorze chemicznym C 4 H 10 , a mianowicie normalny butan CH3CH2CH2CH3 i metylopropan (CH3) 2CHCH2CH3. Interesujące jest zauważyć, że normalny butan wrze w temperaturze -0,5 stopnia Celsjusza, podczas gdy metylopropan wrze w temperaturze +28 stopni Celsjusza. Wraz ze wzrostem liczby atomów rośnie liczba izomerów. Istnieją trzy izomery strukturalne o wzorze chemicznym C 5 H 12 , pięć o wzorze C 6 H 14 i dziewięć o wzorze C 7 H 16 .
Strukturalne izomery węgla nie ograniczają się tylko do węgla i wodoru, chociaż są to najlepiej znane przypadki izomerii strukturalnej. W apteczce domowej można znaleźć C3H8O lub alkohol izopropylowy, czasem określany jako „alkohol ocierający”. Jego wzór strukturalny to CH3 CH (OH) CH3. Ponadto istnieje alkohol n-propylowy, CH3CH2CH2 (OH), a nawet eter metyloetylowy, CH3OCH2CH3, chociaż prawdopodobnie żaden z tych dwóch związków nie występuje w domu. Istnieją również izomery strukturalne związków węgla zawierające inne atomy.
To, co umożliwia taką obfitość form izomerycznych, to zdolność atomów kilku pierwiastków - zwłaszcza węgla - do łączenia się ze sobą. Wynika to z natury wiązań między atomami. Sąsiadujące atomy węgla są połączone wiązaniami kowalencyjnymi, w których uczestniczące atomy dzielą elektrony jednakowo, zamiast przenosić je z jednego atomu na drugi. Aby to zilustrować, w zwykłej soli kuchennej NaCl, uczestniczący atom sodu przekazuje jeden dostępny elektron do atomu chloru, a dwa atomy są przyciągane elektrostatycznie. Nic takiego nie istnieje między połączonymi atomami węgla w etanie, C 2 H 6 .
Krzem i bor mają tę samą zdolność wiązania się ze sobą bez przenoszenia elektronów. Strukturalne izomery krzemu i boru są dobrze zilustrowane w silanach - związkach krzemu i wodoru - i boranach - związkach boru i wodoru. Związki węgla i wodoru rozpoczynają się od cząsteczki metanu CH 4 . Analogicznie do tego, związki krzemu i wodoru rozpoczynają się od silanu, SiH 4 . Co ciekawe, związki boru i wodoru zaczynają się inaczej od boranu, BH3 - związku znanego tylko w stanie gazowym, który szybko dimeryzuje z wytworzeniem B 2 H 6 .
Zdolność do tworzenia izomerów strukturalnych znacznie zwiększa liczbę możliwych związków o prawie nieskończonym zakresie właściwości. W przypadku węgla izomery strukturalne umożliwiają tworzenie związków życia. W przypadku krzemu i boru duża różnorodność związków daje światu naukowemu i przemysłowemu mnóstwo odczynników. Jedną z aplikacji pochodnych silanu są powłoki, które umożliwiają mocowanie biologicznie nieszkodliwych materiałów do struktur implantów tytanowych. Jeśli chodzi o borany, można je stosować w specjalistycznych syntezach organicznych, w egzotycznych ogniwach paliwowych, a nawet w paliwach rakietowych.