Что такое структурная формула?

Структурная формула химического соединения представляет собой визуальное представление, которое показывает, как атомы в этом соединении связаны друг с другом. Это часто более полезно, чем молекулярная формула, которая указывает атомы и их количества, но не их расположение в пространстве. Например, молекулярная формула воды, H2O, показывает, что в молекуле есть два атома водорода (H) и один атом кислорода (O), но не показывает, как они расположены или связаны. Существует несколько различных типов структурных формул, включая диаграмму электронных точек, структурную формулу линейной связи, сжатую структурную формулу и структурную формулу скелета.

Атомы часто связаны друг с другом, разделяя пару электронов, образуя ковалентную связь. Они также могут образовывать двойную связь, в которой четыре электрона делятся вместо двух. В некоторых случаях не все электроны разделяются в связях между атомами в соединении. Такие свободные пары электронов называются одинокими парами. Структурная формула химического соединения визуально представляет каждый из этих различных компонентов через систему точек или линий.

На диаграмме с электронными точками все внешние или валентные электроны, доступные для связывания, представлены точками вокруг химического символа атома. Атом кислорода имеет шесть электронов в своей валентной оболочке, поэтому он будет представлен О, окруженным шестью точками - двумя сверху и снизу и по одному с каждой стороны. Когда кислород связывается с двумя молекулами водорода с образованием воды, электроны из водорода разделяются в ковалентных связях. Поскольку каждый водород имеет один валентный электрон, новая электронная точечная диаграмма выглядит как центральный O, окруженный восемью точками, по две на каждой из четырех сторон, и H слева и справа, что означает, что эти атомы ковалентно связаны.

Структурная формула линейной связи заменяет ковалентные связи прямыми линиями, а двойные связи - набором параллельных линий. Формула водно-линейной связи будет выглядеть как Н-О-Н, а одиночные пары электронов представлены точками, двумя над и двумя под О. Этот тип формулы также называется структурой Льюиса. Иногда одиночные пары для удобства исключаются из диаграммы линейных связей.

Конденсированные структурные формулы полезны для сложных молекул, которые занимали бы слишком много места, если бы были показаны все связи. В формуле этого типа определенные атомы сгруппированы, и только существенные связи нарисованы. Поскольку атомы связываются друг с другом предсказуемым образом на основе своих валентных электронов, некоторые связи могут быть опущены при описании структуры молекулы.

Формула скелета идет на один шаг дальше и пропускает все атомы углерода и водорода, показывая только химические символы других групп, связанных линией со структурой зигзагообразной линии. Этот тип формулы часто удобен в органической химии, где распространены молекулы, содержащие повторяющиеся цепи атомов углерода и водорода. В скелетной формуле каждый углерод представлен углом в линии. Если две линии разветвляются от этого угла, предполагается, что два атома водорода связаны с углеродом. Пустой конец линии указывает углерод, связанный с тремя атомами водорода.