Strukturna formula je grafična predstavitev vezi molekule, osvetljuje svojo strukturo enkrat določi spektroskopskih metod. To je najbolj specifičen način, kadar se nanaša na določeno spojino in ne na več izomerov, ki ustrezajo isti molekularni formuli.
Na primer, butan, C 4 H 10 , ima dva izomera: n-butan (linearno) in 2-metil-propana (razvejen). Molekularna formula ne razlikuje nobenega od obeh; medtem ko bomo uporabili strukturne formule, bomo natančno videli, da je ena linearna, druga pa razvejana.
Strukturne formule omogočajo pregled molekulskih struktur spojin. Vir: Pixabay.
Uporaba strukturnih formul olajša razumevanje sprememb, do katerih pride med kemično reakcijo molekule; katere od povezav so pretrgane, kako se njegova struktura spreminja v procesu in na koncu. Naučiti se brati te formule je isto kot površno napovedovati lastnosti molekul.
Strukturne formule so dvodimenzionalne predstavitve, čeprav lahko kažejo na nekatere tridimenzionalne in geometrijske vidike. Bolj ko se raziskuje struktura spojine, bolj rafinirana in verna postane njena strukturna formula. V nasprotnem primeru pušča bistvene vidike za razumevanje narave molekule.
Primeri strukturne formule
Vsaka spojina ima svojo strukturno formulo, ki se lahko razlikuje glede na vrsto uporabljene projekcije ali perspektive. Na primer, kondenzirane in skeletne formule, Lewisove strukture in stereokemične projekcije so vse strukturne formule, namenjene graficiranju čim več informacij o molekularni strukturi.
Obstaja toliko, da bo zajetih le nekaj preprostih primerov.
Glukoza
Različne predstavitve strukture alfa-glukoze. Vir: Yikrazuul prek Wikipedije.
Na zgornji sliki so prikazani štirje predstavitve molekule glukoze. Vsaka je veljavna strukturna formula; vendar se 2 (Haworthova projekcija) in 3 (projekcija stolice) običajno najbolj uporabljata v akademskih besedilih in v publikacijah.
Prednost 4 ima, da neposredno označuje, katere skupine OH so nad (debeli klini) ali spodaj (pikčasti klini) šestkotni obroč; to pomeni, da olajša razumevanje njegove stereokemije. Nasprotno pa 1 (projekcija Tollens-Fisher) prikazuje linearni značaj glukoze, preden se pretvori v njeno ciklično obliko.
Metan
Strukturna formula metana. Vir: Gabriel Bolívar prek MolView.
Zgoraj imate dve strukturne formule metana, katerega kondenziramo molekulsko formulo CH 4 . Za tiste, ki ne poznajo kemije, bi lahko interpretirajo formulo CH 4 , kot bi bila molekule z atomom vodika v sredini.
Toda v resnici (in nujno) strukturne formule jasno kažejo, da je ogljik osrednji atom. Zato imamo štiri CH-vezi. Upoštevajte tudi, da formula na levi ustvarja napačen vtis, da je molekula ravna, ko je dejansko tetraedrska (formula na desni).
Zato so v strukturni formuli na desni strani vezi predstavljene s klinami, ki kažejo na relativne prostorske lege vsakega vodikovega atoma (opornice tetraedra).
Metanol
Strukturna formula metanola. Vir: NEUROtiker
Strukturna formula metanola je praktično enaka tisti metana, s to razliko, da ima H, substituiran z OH. Njena kondenziran ali kemijska formula CH 3 OH in molekulska CH 4 O. Treba je poudariti, da je prav tako sestavljen iz tetraedra.
Etanol
Strukturna formula etanola. Vir: Gabriel Bolívar prek MolView.
Zdaj preidemo na etanol, naslednji alkohol na seznamu. Njena kemijska ali kondenziranih s formulo CH 3 CH 2 OH, ki sam po sebi že kaže svojo linearno strukturo. Da je jasno, strukturna formula na zgornji sliki učinkovito dokazuje, da je etanol ravno verige ali hrbtenice.
Če natančno pogledate, je okolica vsakega atoma ogljika tetraedrska.
Fruktoza
Strukturna formula beta-D-fruktofuranoze. Vir: NEUROtiker (pogovori • prispevki)
Zgoraj imamo strukturno formulo fruktoze, natančneje Haworthhovo projekcijo njenega obroča furanusa (petčlanski). Upoštevajte, koliko strukturne formule razkriva, za razliko od molekulske, C 6 H 12 O 6 , ki sovpada z glukozo, pri čemer sta oba različna sladkorja.
Voda
Strukturna formula vode. Vir: Benjah-bmm27 prek Wikipedije.
Kemijska formula vode je H 2 O, prav tako ustreza kondenziranega in molekulskih formul. Tako kot metan lahko tudi tisti, ki molekule vode ne poznajo (in nimajo pojma o kemijskih vezicah), verjamejo, da je njena struktura OHH; vendar strukturna formula na zgornji sliki razjasni resnično strukturo.
Čeprav ni cenjen, par prostih elektronov kisikovih in vodikovih atomov nariše tetraeder okoli kisika; to je elektronska geometrija vode: tetraedar. Medtem oba atoma vodika vzpostavi ravnino, podobno bumerangu; to je molekularna geometrija vode: kotna.
Čeprav je strukturna formula vode daleč najpreprostejši od obravnavanih primerov, skriva več skrivnosti in nepravilnosti, kot si jih sama predstavlja.
Aspirin
Strukturna formula aspirina. Vir: Gabriel Bolívar prek MolView.
Imamo eno prvih "pomanjkljivosti" strukturnih formul: njihovo nezmožnost predstavljanja aromatičnega značaja strukture; ki v tem primeru ustreza aromatičnosti benzennega (šestkotniškega) obroča aspirina (zgoraj).
Če natančno pogledate to formulo, boste prišli do zaključka, da gre v bistvu za ravno molekul; to pomeni, da skoraj vse njene atomov "počiva" v isti ravnini, z izjemo metilno skupino, CH 3 , na njeni levi strani, kjer je ponovno prikazan Tetraedarski okolje ogljika.
Tudi strukturno formulo nudi veliko več informacij kot svojo plosko molekulsko formulo C 9 H 8 O 4 ; kar ustreza številnim strukturnim izomerjem, popolnoma drugačnim od aspirina.
Benzen
Strukturna formula benzena. Vir: Gabriel Bolívar prek MolView.
Končno imamo nad strukturno formulo benzena. Njegova molekulska formula je C 6 H 6 , kar kaže, da je dejansko vsebuje šest ogljikovih atomov in šest vodikove atome. Toda o resnični strukturi benzena ne piše nič.
Dvojne vezi C = C niso statične, saj se par elektronov, natančneje tisti, ki se nahaja v p orbitali ogljika, delokalizira v obroču. Posledično ima benzen več resonančnih struktur, vsaka s svojo strukturno formulo.
Ta delokalizacija je del aromatičnega značaja benzena, ki ni zvesto predstavljen v strukturni formuli na levi strani. Najbližje je, da dvojne vezi zamenjate s krogom (nekateri ga imenujejo krof) in tako nakažejo aromatičnost obroča (desno od slike).
Kaj pa skeletna formula? To je zelo podobno strukturnemu, razlikuje se le po tem, da ne predstavlja vodikovih atomov; zato je grafitiranje bolj preprosto in bolj udobno. Benzenski obroč na desni bi bila njegova skeletna formula.
Reference
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija (8. izd.). CENGAGE Učenje.
- Wikipedija. (2020). Strukturna formula. Pridobljeno: en.wikipedia.org
- Nissa Garcia. (2020). Strukturna formula: definicija in primeri. Študij. Pridobljeno: study.com
- Clark Jim. (2012). Risba organskih molekul. Pridobljeno: chemguide.co.uk
- William Reusch. (5. maj 2013). Oblika molekul. Pridobljeno iz: 2.chemistry.msu.edu