Strukturālā formula ir grafisks no saitēm, ar molekulas, izgaismošanā tās konstrukcijai vienreiz nosaka spektroskopijas metodēm. Tas ir viskonkrētākais veids, kad attiecas uz noteiktu savienojumu, nevis uz vairākiem izomēriem, kas atbilst vienai un tai pašai molekulārajai formulai.
Piemēram, butāns, C 4 H 10 , ir divi izomēri: n-butāna (lineāra) un 2-metil-propāna (sazarotu). Molekulārā formula nediskriminē nevienu no abiem; savukārt, ja mēs ķersimies pie strukturālām formulām, būs precīzi redzams, ka viena ir lineāra, bet otra - sazarota.
Strukturālās formulas ļauj pārbaudīt savienojumu molekulārās struktūras. Avots: Pixabay.
Izmantojot strukturālās formulas, ir vieglāk izprast izmaiņas, kuras molekulā notiek ķīmiskās reakcijas laikā; kura no saitēm ir salauzta, kā procesā un beigās tiek pārveidota tā struktūra. Mācīties lasīt šīs formulas ir tas pats, kas virspusēji paredzēt molekulu īpašības.
Strukturālās formulas ir 2D attēlojumi, lai gan tie var norādīt dažus trīsdimensiju un ģeometriskos aspektus. Jo vairāk tiek izpētīta savienojuma struktūra, jo izsmalcinātāks un ticamāks kļūst tā struktūras formula. Pretējā gadījumā tas izslēdz būtiskus aspektus, lai izprastu molekulas būtību.
Strukturālās formulas piemēri
Katram savienojumam ir sava strukturālā formula, kas var mainīties atkarībā no izmantotā projekcijas vai perspektīvas veida. Piemēram, saīsinātās un skeleta formulas, Lūisa struktūras un stereoķīmiskās projekcijas ir visas struktūras formulas, kas paredzētas pēc iespējas vairāk informācijas grafikam par molekulāro struktūru.
To ir tik daudz, ka tiks apskatīti tikai daži vienkārši piemēri.
Glikoze
Dažādi alfa-glikozes struktūras attēlojumi. Avots: Yikrazuul caur Wikipedia.
Augšējā attēlā parādīti četri glikozes molekulas attēlojumi. Katra no tām ir derīga strukturālā formula; bet 2 (Haworth projekcija) un 3 (krēsla projekcija) parasti tiek visvairāk izmantoti akadēmiskajos tekstos un publikācijās.
4 priekšrocība ir tā, ka tas tieši norāda, kuras OH grupas ir virs (biezie ķīļi) vai zem (punktētie ķīļi) sešstūra gredzena; tas ir, tas atvieglo izpratni par tās stereoķīmiju. Turpretī 1 (Tollens-Fišera projekcija) parāda glikozes lineāro raksturu pirms pārvēršanas tās cikliskajā formā.
Metāns
Metāna strukturālā formula. Avots: Gabriel Bolívar, izmantojot MolView.
Virs jums ir divas metāna strukturālās formulas, kuru kondensētā molekulārā formula ir CH 4 . Tiem, kuriem trūkst zināšanu par ķīmiju, viņi varēja interpretēt formulu CH 4 tā , it kā tā būtu molekula ar ūdeņraža atomu centrā.
Bet patiesībā (un obligāti) strukturālās formulas skaidri norāda, ka ogleklis ir centrālais atoms. Tāpēc mums ir četras CH saites. Ņemiet vērā arī to, ka formula kreisajā pusē rada maldīgu iespaidu, ka molekula ir plakana, ja faktiski tā ir tetraedriska (formula labajā pusē).
Tāpēc labajā pusē esošajā strukturālajā formulā saites tiek attēlotas ar ķīļiem, norādot katra ūdeņraža atoma (tetraedra virsotnes) relatīvās telpiskās pozīcijas.
Metanols
Metanola strukturālā formula. Avots: NEUROtiker
Metanola strukturālā formula ir praktiski tāda pati kā metānam, ar atšķirību, ka tajā H ir aizvietots ar OH. Tās kondensēta vai ķīmiskā formula ir CH 3 OH, un molekulārā CH 4 O. Ir novērots, ka tā arī sastāv no četrskaldnis.
Etanols
Etanola strukturālā formula. Avots: Gabriel Bolívar, izmantojot MolView.
Tagad mēs pārietam pie etanola, kas ir nākamais alkohols sarakstā. Tā ķīmiskā vai kondensētiem formula ir CH 3 CH 2 OH, kas pats par sevi jau liecina tās lineārā struktūra. Skaidri sakot, attēlā redzamā strukturālā formula efektīvi parāda, ka etanols ir taisna ķēde vai mugurkauls.
Ja jūs skatāties uzmanīgi, katra oglekļa atoma apkārtne ir tetraedriska.
Fruktoze
Beta-D-fruktofuranozes strukturālā formula. Avots: NEUROtiker (saruna • līdzautors)
Virs mums ir fruktozes strukturālā formula, precīzāk tā furāna gredzena (piecu locekļu) Havarta projekcija. Ņem vērā, cik daudz struktūras formula atklāj atšķirībā no molekulārās C 6 H 12 O 6 , kas sakrīt ar glikozes formulu , tomēr abi ir atšķirīgi cukuri.
Ūdens
Ūdens strukturālā formula. Avots: Benjah-bmm27, izmantojot Wikipedia.
Ūdens ķīmiskā formula ir H 2 O, kas atbilst arī saīsinātā un molekulārā formulai. Tāpat kā metāna gadījumā, tie, kas nezina ūdens molekulu (un kuriem nav priekšstata par ķīmiskajām saitēm), var uzskatīt, ka tā struktūra ir OHH; bet strukturālā formula attēlā iepriekš noskaidro patieso struktūru.
Lai gan tas netiek novērtēts, skābekļa un ūdeņraža atomu brīvo elektronu pāri ap skābekli ievelk tetraedru; tas ir, ūdens elektroniskā ģeometrija: tetraedriskā. Tikmēr abi ūdeņraža atomi izveido plakni, kas līdzīga bumerangam; tas ir, ūdens molekulārā ģeometrija: leņķiska.
Lai arī ūdens strukturālā formula ir līdz šim vienkāršākā no apskatītajiem piemēriem, tajā slēpjas vairāk noslēpumu un anomāliju, nekā to vien spēj pārstāvēt.
Aspirīns
Aspirīna strukturālā formula. Avots: Gabriel Bolívar, izmantojot MolView.
Mums ir viens no pirmajiem strukturālo formulu "trūkumiem": to nespēja attēlot struktūras aromātisko raksturu; kas šajā gadījumā atbilst aspirīna benzola (sešstūra) gredzena aromātiskumam (iepriekš).
Ja uzmanīgi apskatīsit šo formulu, jūs nonāksit pie secinājuma, ka tā būtībā ir plakana molekula; tas ir, gandrīz visi tā atomi "atrodas" vienā plaknē, izņemot metilgrupu CH 3 , pa kreisi, kur atkal tiek parādīta oglekļa tetraedriskā vide.
Atkal strukturālā formula sniedz daudz vairāk informācijas nekā tās plakanā molekulārā formula C 9 H 8 O 4 ; kas atbilst daudziem strukturāliem izomēriem, kas pilnīgi atšķiras no aspirīna.
Benzols
Benzola strukturālā formula. Avots: Gabriel Bolívar, izmantojot MolView.
Visbeidzot, mums ir virs benzola strukturālās formulas. Tā molekulārā formula ir C 6 H 6 , norādot, ka tas faktiski satur sešus oglekļa atomus un sešus ūdeņraža atomus. Bet tas neko nesaka par benzola patieso struktūru.
C = C dubultās saites nav statiskas, jo elektronu pāris, īpaši tas, kas atrodas oglekļa p orbitālē, lokalizējas gredzenā. Līdz ar to benzolam ir vairākas rezonanses struktūras, katrai no tām ir sava struktūras formula.
Šī delokalizācija ir daļa no benzola aromātiskā rakstura, kas nav precīzi attēlota struktūras formulā kreisajā pusē. Tuvākais ir divkāršās saites aizstāt ar apli (ko daži sauc par virtuli), lai norādītu uz gredzena aromātiskumu (attēla labajā pusē).
Un kā ir ar skeleta formulu? Tas ir ļoti līdzīgs strukturālajam, atšķiras tikai ar to, ka tas nepārstāv ūdeņraža atomus; un tāpēc tas ir vienkāršāk un ērtāk attēlots. Benzola gredzens labajā pusē būtu tā skeleta formula.
Atsauces
- Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. (2008). Ķīmija (8. izd.). CENGAGE mācīšanās.
- Wikipedia. (2020). Strukturālā formula. Atgūts no: en.wikipedia.org
- Nisa Garsija. (2020). Strukturālā formula: definīcija un piemēri. Pētījums. Atgūts no: study.com
- Klarks Džims. (2012). Organisko molekulu zīmēšana. Atgūts no: chemguide.co.uk
- Viljams Reičs. (2013. gada 5. maijs). Molekulu forma. Atgūts no: 2.ķīmija.msu.edu