Как сделать структурную формулу в химии
Добавил пользователь Alex Обновлено: 05.10.2024
Структурная формула представляет собой графическое изображение химического строения вещества. В ней указывается порядок расположения атомов, а также связь между отдельными частями вещества. К тому же структурные формулы веществ наглядно демонстрируют валентности всех атомов, включенных в молекулу.
Особенности написания структурной формулы
Для составления потребуется бумага, ручка, периодическая система элементов Менделеева.
Если нужно нарисовать графическую формулу аммиака, нужно учитывать, что водород способен образовывать только одну связь, поскольку его валентность равна единице. Азот находится в пятой группе (главной подгруппе), имеет на внешнем энергетическом уровне пять валентных электронов.
Три из них он использует для образования простых связей с атомами водорода. В итоге структурная формула будет представлять собой следующий вид: в центре находится азот, вокруг него располагаются атомы водорода.
Инструкция по написанию формул
Чтобы структурная формула была написана правильно для определенного химического вещества, важно иметь представление о строении атома, валентности элементов.
Именно с помощью данного понятия можно изображать графическое строение органических и неорганических веществ.
Органические соединения
Органическая химия предполагает использование графического строения химических веществ разных классов при написании химических реакций. Структурная формула составляется на основе теории строения органических веществ Бутлерова.
Она включает в себя четыре положения, согласно которым записываются структурные формулы изомеров, выдвигается предположение о химических свойствах анализируемого вещества.
Пример составления структур изомеров
Изомерами называют в органической химии вещества, которые имеют одинаковый качественный и количественный состав, но отличаются по расположению атомов в молекуле (структуре), химической активности.
Для начала нужно понять, к какому классу органических веществ, могут принадлежать вещества с таким составом. Учитывая, что общую формулу CnH2n имеют сразу два класса углеводородов: алкены и циклоалканы, нужно составить структуры всех возможных веществ для каждого класса.
Для начала можно рассмотреть формулы всех углеводородов, принадлежащих к классу алкенов. Они характеризуются наличием одной кратной (двойной) связи, что должно быть отражено при составлении структурной формулы.
Учитывая, что в молекуле шесть атомов углерода, составляем главную цепь. После первого углерода ставим двойную связь. Пользуясь первым положением теории Бутлерова, для каждого атома углерода (валентность четыре) ставим необходимое количество водородов. Называя полученное вещество, используем систематическую номенклатуру, получаем гексен-1.
Оставляем в главной цепи шесть углеродных атомов, перемещаем положение двойной связи после второго углерода, получаем гексен-2. Продолжая передвигать по структуре кратную связь, составляем формулу гексена-3.
Далее приступаем к составлению изомеров углеродного скелета. Для этого один из углеродов в качестве алкильного радикала (СН3) передвигаем по цепи, которая стала короче на один углерод.
Пользуясь правилами систематической номенклатуры, получаем 2 метилпентен-1; 3 метилпентен-1; 4 метилпентен-1. Затем перемещаем кратную связь после второго углерода в главной цепи, а алкильный радикал располагаем у второго, затем у третьего углеродного атома, получая 2 метилпентен-2, 3 метилпентен-2.
Аналогичным образом продолжаем составлять и называть изомеры. Рассмотренные структуры представляют собой два вида изомерии: углеродного скелета, положения кратной связи. Необязательно указывать по отдельности все водородные атомы, можно использовать варианты сокращенных структурных формул, суммируя каждого атома углерода число водорода, указывая их соответствующими индексами.
Учитывая, что у алкенов и циклоалканов сходна общая формула, при составлении структур изомеров необходимо учитывать этот факт. Сначала можно составить структуру замкнутого циклогексана, затем посмотреть возможные изомеры боковой цепи, получив метилциклопентан, диметилциклобутан, и т. д.
Линейные структуры
Структурные формулы кислот являются типичными представителями подобного строения. Предполагается указание каждого отдельного атома при создании их графических формул, указанием черточками числа валентностей между атомами.
Заключение
По готовым структурным формулам можно определить валентность каждого элемента, входящего в состав вещества, предположить возможные химические свойства молекулы.
После того как была разработана теория строения органических веществ Бутлерова, удалось объяснить различие в свойствах между веществами, которые имеют одинаковый качественный и количественный составом явлением изомерии. Пользуясь определением валентности, периодической системой элементов Менделеева, можно представить в графическом виде любое неорганическое и органическое вещество. В органической химии структурные формулы составляют для того, чтобы понять алгоритм протекания химических превращений и объяснить их суть.
Она имеет две разновидности: плоскостная (2D) и пространственная (3D) (рис. 1). Внутримолекулярные связи при изображении структурной формулы принято обозначать черточками (штрихами).
Рис. 1. Структурная формула этилового спирта: а) плоскостная; б) пространственная.
Плоскостные структурные формулы могут изображаться по-разному. Выделяют краткую графическую формулу, в которой связи атомов с водородом не указываются:
CH3 – CH2 – OH (этанол);
скелетную графическую формулу, которую наиболее часто используют при изображении строения органических соединений, в ней не только не указываются связи углерода с водородом, но и не обозначаются связи, соединяющие атомы углерода друг с другом и другими атомами:
для органических соединений ароматического ряда используются специальные структурные формулы, изображающие бензольное кольцо в виде шестиугольника:
1. Молекулярные формулы показывают, сколько и каких атомов содержится в молекуле вещества. Молекулярные формулы этана и этанола записываются следующим образом:
Формулы показывают, что в молекуле этана два атома углерода и шесть атомов водорода, а в молекуле этанола содержится ещё и атом кислорода.
2. Структурные формулы отражают порядок соединения атомов в молекуле. Каждая ковалентная связь в структурной формуле обозначается черточкой, направленной от одного атома к другому, а атомы обозначаются символами.
Чёрточка, соединяющая два атома, обозначает валентность. Четыре чёрточки у символов углерода в молекулах этана и этанола обозначают его четырёхвалентность и показывают число химических связей с другими атомами. Две чёрточки у символа кислорода показывают его двухвалентность, а одна чёрточка возле символа водорода говорит о том, что этот элемент одновалентен.
3. Сокращённые структурные формулы тоже показывают порядок соединения атомов, но в них изображаются только связи между атомами углерода, а связи между атомами углерода и водорода не обозначаются. При составлении сокращённых формул учитывают, что углерод в органических соединениях четырёхвалентен.
4. Электронные формулы используют для демонстрации электронного строения молекул. В таких формулах каждый электрон обозначается точкой, а ковалентная связь — парой точек:
Состав любого вещества выражается в виде химической формулы.
Химическая формула — это условная запись состава вещества с помощью химических знаков и индексов .
Качественный состав показывается с помощью знаков (символов) химических элементов, а количественный — с помощью индексов, которые записываются справа и чуть ниже знаков химических элементов.
Индекс — число атомов данного химического элемента в формуле вещества.
Например, химическая формула простого вещества водорода записывается так:
Химические формулы веществ молекулярного строения
Химические формулы веществ немолекулярного строения
А если вещество имеет немолекулярное строение? Химические формулы простых веществ такого типа (например, металлов) записывают просто знаками соответствующих элементов без индексов (или, вернее, с индексом, равным единице, которая не записывается). Так, формула простого вещества железа — Fe, меди — Cu, алюминия — Al.
Состав сложных веществ немолекулярного строения выражают с помощью формул, которые показывают простейшее соотношение чисел атомов разных химических элементов в этих веществах. Такие формулы называются простейшими. Например, простейшая формула кварца — главной составной части речного песка — SiO2. Она показывает, что в кристалле кварца на один атом кремния приходятся два атома кислорода, т. е. простейшее соотношение чисел атомов кремния и кислорода в этом веществе равно 1:2. Простейшая формула Al2O3 показывает, что в этом соединении простейшее соотношение между числами атомов алюминия и кислорода равно 2:3.
Группа атомов, состав которой соответствует простейшей формуле вещества немолекулярного строения, называется его формульной единицей.
Таким образом, структурными единицами веществ молекулярного строения являются молекулы. Структурными единицами веществ немолекулярного строения являются их формульные единицы.
В таблице ниже показаны формульная запись и схематическое изображение состава веществ различного типа.
Краткие выводы урока:
- Качественный и количественный состав вещества выражается с помощью химических формул.
- Химическая формула вещества молекулярного строения показывает состав его молекулы, которая является элементарной структурной единицей данного вещества.
- Химическая формула вещества немолекулярного строения показывает простейшее соотношение атомов в его формульной единице.
Читайте также: