Изтегли

Резюме по темата:

Химична формула

Химична формула- отразяване на информация за състава и структурата на веществата с помощта на химически символи, цифри и разделителни знаци - скоби.

Съставът на молекулите на сложните вещества се изразява с химични формули.

Въз основа на химичната формула може да се даде името на веществото.

Химическата формула означава:

• 1 молекула или 1 мол вещество;
• качествен състав (от какви химични елементи се състои веществото);
• количествен състав (колко атома от всеки елемент съдържа една молекула на дадено вещество).

• Формулата HNO3 означава:
  • азотна киселина;
  • 1 молекула азотна киселина или 1 мол азотна киселина;
  • качествен състав: молекулата на азотната киселина се състои от водород, азот и кислород;
  • количествен състав: молекулата на азотната киселина съдържа един атом от елемента водород, един атом от елемента азот, три атома от елемента кислород.

Видове

В момента се разграничават следните видове химични формули:

• Най-простата формула. Може да се получи експериментално чрез определяне на съотношението на химичните елементи в дадено вещество, като се използват стойностите на атомната маса на елементите. И така, най-простата формула на водата ще бъде H 2 O, а най-простата формула на бензена CH (за разлика от C 6 H 6 - вярно, вижте по-долу). Атомите във формулите се означават със знаците на химичните елементи, а относителните им количества се обозначават с числа в долен формат.
• Истинска формула. Може да се получи, ако е известно молекулното тегло на веществото. Истинската формула на водата е H 2 O, която съвпада с най-простата. Истинската формула на бензена е C 6 H 6, която се различава от най-простата. Истинските формули се наричат ​​още брутни формули или емпирични. Те отразяват състава, но не и структурата на молекулите на дадено вещество. Истинската формула показва точния брой атоми на всеки елемент в една молекула. Тази величина съответства на индекс - малко число след символа на съответния елемент. Ако индексът е 1, тоест в молекулата има само един атом от даден елемент, тогава такъв индекс не се посочва.
• Рационална формула. Рационалните формули подчертават групи от атоми, характерни за класове химични съединения. Например, за алкохолите се разпределя -ОН групата. При писане на рационална формула такива групи от атоми се ограждат в скоби (OH). Броят на повтарящите се групи се обозначава с числа в индексен формат, които се поставят непосредствено след затварящата скоба. Квадратните скоби се използват за отразяване на структурата на сложни съединения. Например, K 4 е калиев хексацианокобалтоат. Рационалните формули често се намират в полуразширена форма, когато някои от едни и същи атоми са показани отделно, за да отразяват по-добре структурата на молекулата на дадено вещество.
• Структурна формула. Графично показва относителното разположение на атомите в молекулата. Химичните връзки между атомите са обозначени с линии. Има двуизмерни (2D) и триизмерни (3D) формули. Двумерните са отражение на структурата на материята в равнина. Триизмерните позволяват да се представи нейният състав, относително положение, връзки и разстояния между атомите най-близо до теоретичните модели на структурата на материята.

• Етанол
  • Най-простата формула е C2H6O
  • Истинска, емпирична или груба формула: C 2 H 6 O
  • Рационална формула: C 2 H 5 OH
  • Рационална формула в полуразширена форма: CH 3 CH 2 OH
  • Структурна формула (2D):

N N │ │ N-S-S-O-N │ │ N N

Има и други начини за писане на химични формули. Нови методи се появяват в края на 80-те години с развитието на персоналните компютърни технологии (SMILES, WLN, ROSDAL, SLN и др.). Персоналните компютри също използват специален софтуер, наречен молекулярни редактори, за работа с химични формули.

Бележки

1. 1 2 3 Основни понятия по химия - de.gubkin.ru/chemistry/ch1-th/node6.html

Изтегли
Това резюме се основава на статия от руската Уикипедия. Синхронизирането приключи на 07/10/11 17:38:37
Подобни резюмета:

· Свързани статии ·

В момента се разграничават следните видове химични формули:

• Най-простата формула. Може да се получи експериментално чрез определяне на съотношението на химичните елементи в дадено вещество, като се използват стойностите на атомната маса на елементите. И така, най-простата формула на водата ще бъде H 2 O, а най-простата формула на бензена CH (за разлика от C 6 H 6 - вярно, вижте по-долу). Атомите във формулите се означават със знаците на химичните елементи, а относителните им количества се обозначават с числа в долен формат.
• Емпирична формула. Различни автори могат да използват този термин за означаване най-простият, вярноили рационаленформули
• Истинска формула. Може да се получи, ако е известно молекулното тегло на веществото. Истинската формула на водата е H 2 O, която съвпада с най-простата. Истинската формула на бензена е C 6 H 6, която се различава от най-простата. Истинските формули също се наричат брутни формули. Те отразяват състава, но не и структурата на молекулите на дадено вещество. Истинската формула показва точния брой атоми на всеки елемент в една молекула. Тази величина съответства на индекс - малко число след символа на съответния елемент. Ако индексът е 1, тоест в молекулата има само един атом от даден елемент, тогава такъв индекс не се посочва.
• Рационална формула. Рационалните формули подчертават групи от атоми, характерни за класове химични съединения. Например, за алкохолите се разпределя -ОН групата. При писане на рационална формула такива групи от атоми се ограждат в скоби (OH). Броят на повтарящите се групи се обозначава с числа в индексен формат, които се поставят непосредствено след затварящата скоба. Квадратните скоби се използват за отразяване на структурата на сложни съединения. Например, K 4 е калиев хексацианокобалтат. Рационалните формули често се намират в полуразширена форма, когато някои от едни и същи атоми са показани отделно, за да отразяват по-добре структурата на молекулата на дадено вещество.
• Структурна формула. Графично показва относителното разположение на атомите в молекулата. Химичните връзки между атомите са обозначени с линии. Има двуизмерни (2D) и триизмерни (3D) формули. Двумерните са отражение на структурата на материята в равнина. Триизмерните позволяват да се представи нейният състав, относително положение, връзки и разстояния между атомите най-близо до теоретичните модели на структурата на материята.

• Етанол
  • Най-простата формула е C2H6O
  • Истинска, емпирична или груба формула: C 2 H 6 O
  • Рационална формула: C 2 H 5 OH
  • Рационална формула в полуразширена форма: CH 3 CH 2 OH
  • Структурна формула (2D):

Има и други начини за писане на химични формули. Нови методи се появяват в края на 80-те години с развитието на персоналните компютърни технологии (SMILES, WLN, ROSDAL, SLN и др.). Персоналните компютри също използват специален софтуер, наречен молекулярни редактори, за работа с химични формули.

Брутни, структурни и електронни формули на съединения

Вторият постулат на Вутлеров. Химическата реактивност на определени групи атоми зависи значително от тяхната химическа среда, тоест от това с кои атоми или групи атоми е съседна определена група.

Формулите на съединенията, които използвахме при изучаването на неорганичната химия, отразяват само броя на атомите на даден елемент в молекулата. Такива формули се наричат ​​„брутни формули“ или „молекулярни формули“.

Както следва от първия постулат на Вутлеров, в органичната химия е важен не само броят на определени атоми в молекулата, но и редът на тяхното свързване, т.е. не винаги е препоръчително да се използват брутни формули за органични съединения. Например, за по-голяма яснота, когато разглеждахме структурата на молекулата на метана, използвахме структурни формули - схематично представяне на реда на свързване на атомите в молекула. При изобразяване на структурни формули химическата връзка се означава с тире, двойната връзка с две тирета и т.н.

Електронната формула (или формулата на Луис) е много подобна на структурната формула, но в този случай не са представени образуваните връзки, а електроните, както тези, които образуват връзка, така и тези, които не я образуват.

Например сулфатната киселина, която вече беше обсъдена, може да бъде записана с помощта на следните формули. Брутната формула е H 2 80 4, структурните и електронните формули са както следва:

Структурни формули органични съединения

Почти всички органични вещества се състоят от молекули, чийто състав се изразява с химични формули, например CH 4, C 4 H 10, C 2 H 4 O 2. Каква структура имат молекулите на органичните вещества? Основателите на органичната химия Ф. Кекуле и А. М. Вутлеров си задават този въпрос в средата на 19 век. Изучавайки състава и свойствата на различни органични вещества, те стигнаха до следните заключения:

Атомите в молекулите на органичните вещества са свързани чрез химични връзки в определена последователност, в съответствие с тяхната валентност. Тази последователност обикновено се нарича химическа структура;

Въглеродните атоми във всички органични съединения са холивалентни, а други елементи проявяват своите характерни валентности.

Тази позиция е в основата на теорията за структурата на органичните съединения, формулирана от О. М. Бутлеров през 1861 г.

Химическата структура на органичните съединения е визуално представена чрез структурни формули, в които химичните връзки между атомите са обозначени с тирета. Общият брой линии, простиращи се от символа на всеки елемент, е равен на неговата атомна валентност. Множеството облигации са представени с две или три тирета.

Използвайки примера на наситения въглеводород пропан C 3 H 8, нека да разгледаме как да съставим структурната формула на органично вещество.

1. Начертайте въглероден скелет. В този случай веригата се състои от три въглеродни атома:

С-С-СЪС

2. Въглеродът е четиривалентен, така че изобразяваме недостатъчни характеристики от всеки въглероден атом по такъв начин, че има четири характеристики до всеки атом:

3. Добавете символите на водородните атоми:

Често структурните формули се записват в съкратена форма, без да се изобразява връзката C - H. Съкратените структурни формули са много по-компактни от разширените:

CH 3 - CH 2 - CH 3.

Структурните формули показват само последователността на връзките на атомите, но не отразяват пространствената структура на молекулите, по-специално ъглите на връзката. Известно е например, че ъгълът между С връзките в пропана е 109,5°. Обаче структурната формула на пропана изглежда така, сякаш този ъгъл е 180°. Следователно би било по-правилно да напишете структурната формула на пропан в по-малко удобна, но по-вярна форма:

Професионалните химици използват следните структурни формули, в които изобщо не са показани нито въглеродни атоми, нито водородни атоми, а само въглеродният скелет е изобразен под формата на взаимосвързани С-С връзки, както и функционални групи. За да се гарантира, че гръбнакът не изглежда като една непрекъсната линия, химическите връзки са изобразени под ъгъл една спрямо друга. И така, в молекулата на пропан C 3 H 8 има само две C-C връзки, така че пропанът е представен с две тирета.

Хомоложна серия от органични съединения

Нека разгледаме структурните формули на две съединения от един и същи клас, например алкохоли:

Молекулите на метил CH 3 OH и етилов C 2 H 5 OH алкохоли имат една и съща функционална група ОН, обща за целия клас алкохоли, но се различават по дължината на въглеродния скелет: в етанола има още един въглероден атом. Сравнявайки структурните формули, можете да забележите, че когато въглеродната верига се увеличи с един въглероден атом, съставът на веществото се променя до CH 2 група, когато въглеродната верига се удължи с два атома - до две CH 2 групи и т.н.

Съединения от един и същи клас, които имат подобна структура, но се различават по състав с една или повече CH 2 групи, се наричат ​​хомолози.

Групата CH 2 се нарича хомоложна разлика. Съвкупността от всички хомолози образува хомоложна серия. Метанолът и етанолът принадлежат към хомоложната серия алкохоли. Всички вещества от една и съща серия имат подобни химични свойства и техният състав може да бъде изразен с обща формула. Например общата формула на хомоложната серия от алкохоли е С n H 2 n +1 VON, където n - естествено число.

Клас на връзка	Обща формула	Обща формула, подчертаваща функционалната група
Алкани	C n H 2 n + 2
Циклоалкани	C n H 2 n
Алкени	C n H 2 n
Алкадиени	C n H 2 n-2
Алкини	C n H 2 n-2
Едноядрени арени (хомоложна серия на бензен)	C n H 2 n-6
Едновалентни алкохоли	C n H 2 n + 2 V	C n H 2 n +1 V H
Многовалентни алкохоли	C n H 2 n + 2 O x	C n H 2 n + 2-x (B H) x
Алдехиди	C n H 2 n B	CnH2n+1CHO
Едноосновни карбоксилни киселини	C n H 2 n O 2	CnH2n+1COOH
Естери	C n H 2 n B	C n H 2 n +1 COOC n H 2n+1
Въглехидрати	Cn(H2O)m
Първични амини	C n H 2 n + 3 N	CnH2n+1NH2
Аминокиселини	C n H 2 n +1 NO	H 2 NC n H 2n COOH

Брутната формула на веществото и превръщането му в толуен показват, че това е метилциклохексадиен. Способен е да добавя олеинов анхидрид, който е типичен за спрегнатите диени.
Брутната формула на дадено вещество се определя надеждно само чрез комбинация от елементен анализ с определяне на молекулното тегло.
По този начин определянето на брутната формула на дадено вещество изисква анализ на хомоложни серии от фрагментни йони и характерни разлики.
Как се определя брутната формула на дадено вещество?
В допълнение към PMR спектъра и брутната формула на дадено вещество, за установяване на структурната формула има данни за неговата природа или произход, без които еднозначното тълкуване на спектъра би било невъзможно.
В началото на всяка статия е дадена брутната формула на веществото, неговото наименование и структурна формула. Търсенето на необходимото вещество в указателя се извършва с помощта на известна бруто формула и индекс на формулата или по добре познато име и азбучен индекс, разположени в края на указателя.
Първата колона на всички таблици дава брутната формула на веществото, следващата колона показва неговата химична формула. След това се посочва температурата, при която са направени измерванията. За халогени (с изключение на йод) са дадени само данни, получени при стандартната NQR температура на течен азот (77 K). Данните за други температури са дадени при липса на измервания при 77 K, което е посочено в бележките.
Методите на масовата спектрометрия се използват за идентифициране на вещества, определяне на брутните формули на веществата и тяхната химична структура. Важни за химията са такива физични характеристики като йонизационен потенциал и енергия на разкъсване на химичните връзки.
За да намерите което и да е съединение във формулния индекс, първо трябва да изчислите брутната формула на веществото и да подредите елементите според системата на Хил: за неорганични вещества по азбучен ред, например H3O4P (фосфорна киселина), CuO4S (меден сулфат), O7P2Zn2 (цинков пирофосфат) и др.
За да намерите което и да е съединение във формулния индекс, първо трябва да изчислите брутната формула на веществото и да подредите елементите според системата на Хил: за неорганични вещества по азбучен ред, например H3O4P (фосфорна киселина), CuO4S (меден сулфат), O7P2Zn2 (цинков пирофосфат) и др.
Възможностите на масспектрометрията с ниска разделителна способност не позволяват разделяне на втория и третия етап на групова идентификация и определянето на брутната формула на веществото се извършва едновременно с ограничаване на броя на възможните опции за приписването му на специфични хомоложни серии. По дефиниция хомоложната група обединява серия от съединения, чиито масови числа са сравними по модул 14, включително изобарни. В някои случаи изобарните съединения от различни серии имат подобни модели на фрагментация, което се проявява в сходството на техните масспектри с ниска разделителна способност.
Масата на молекулярния йон (180 1616) се измерва с висока точност, което ви позволява незабавно да определите брутната формула на веществото.
Въз основа на горното, в елементния анализ на органични съединения са предложени безтегловни методи за определяне на стехиометрията на молекулите, характеризиращи брутната формула на дадено вещество. По принцип тези методи са предназначени за определяне на стехиометрията на органогенните елементи: въглерод, водород и азот. Те се основават на сравнение на аналитични сигнали на продуктите на минерализация на проба от вещество. Такива сигнали включват, например, площите на хроматографските пикове, общите обеми на титранта за два елемента и т.н. По този начин е възможно да се работи без баланси с микро- и ултра-микроколичества.
Количественият анализ на полимерите включва следните въпроси: 1) количествен елементен анализ, който дава възможност да се определи брутната формула на веществото; 2) определяне на броя на функционалните и крайните групи в полимерните вериги; 3) дефиниция на мол.
Точните стойности на молекулното тегло могат да бъдат получени от масовите спектри и да служат като основа за определени алтернативни предположения относно брутната формула на дадено вещество, неговия качествен и количествен състав. Така че, по-специално, нечетното молекулно тегло може да служи като доказателство за присъствието в молекула на един (три, пет, обикновено нечетен брой) азотен атом: азотът е единственият органогенен елемент с нечетна валентност с четен атом. Обратно, равномерното молекулно тегло показва липсата на азот или възможността за четен брой азотни атоми. Така например едно органично вещество с М 68 може да има само три брутни формули: CsHs, 4 6 или C3H и тяхното отчитане значително ще улесни интерпретацията на спектралните данни и окончателния избор на структура.

Още по-ценен източник на необходимата допълнителна информация са данните от количествения (елементен) анализ, който в комбинация с определянето на молекулното тегло позволява да се установи брутната формула на веществото.
Още по-ценен източник на необходимата допълнителна информация са данните от количествения (елементен) анализ, който в комбинация с определянето на молекулното тегло позволява да се установи брутната формула на веществото. Класическите (химични) методи за установяване на брутната формула сега все повече се заменят с масспектрометрични методи, базирани на точно измерване на интензитета на изотопните линии на молекулните йони или много точно измерване на масовите числа на спектрометри с висока разделителна способност.
Още по-ценен източник на необходимата допълнителна информация са данните от количествения (елементен) анализ, който в комбинация с определянето на молекулното тегло позволява да се определи брутната формула на веществото.
Моля, имайте предвид, че това е рядък случай, когато брутната формула съответства на едно вещество. Обикновено въз основа на тези данни можем да посочим само брутната формула на дадено вещество, но не и структурната формула. И често дори не можем да свържем дадено вещество с определен клас. За да се получи структурната формула на дадено вещество, са необходими допълнителни данни за химичните свойства на това вещество.
Елементният анализ се използва за количествено определяне на органични и елементоорганични съединения, съдържащи азот, халогени, сяра, както и арсен, бисмут, живак, антимон и други елементи. Елементният анализ може също да се използва за качествено потвърждаване на присъствието на тези елементи в състава на тестваното съединение или за установяване или потвърждаване на брутната формула на дадено вещество.
Последният ред е по-малко вероятен, тъй като неговият знак е наличието в спектрите на интензивни пикове на 4-та хомоложна група, които не присъстват в разглеждания случай. По-нататъшното уточняване на присвояването може недвусмислено да се извърши с помощта на спектрите на йонната серия (вижте раздел 5.5), но като се има предвид високият интензитет на пиковете на молекулните йони в този спектър, препоръчително е да се изясни брутната формула на веществото използване на изотопни сигнали.
Концепцията за хомология е една от най-важните в органичната химия, а хомоложните серии са в основата на съвременната класификация на органичните съединения. Въпросите дали съединенията принадлежат към различни хомоложни серии са много важни и са свързани например с проблемите на изомерията в органичната химия, по-специално със създаването на ефективни алгоритми за определяне на броя на възможните изомери въз основа на брутната формула на веществото използване на компютър.
Схема на събиране за количествен елементен анализ. В елементния анализ има тенденция към намаляване на ръчния труд и повишаване на точността на определянията. Развитието на инструменталната технология направи възможно през последните години да се разработи устройство за автоматичен елементен анализ, при което въглероден диоксид, вода и азот, образувани по време на изгарянето на проба, се изпращат чрез хелиев ток към газов хроматограф, прикрепен към устройството , с помощта на които се извършва едновременното им количествено определяне. От друга страна, използването на масспектрометър с висока разделителна способност (вижте раздел 1.1.9.3) прави възможно простото определяне на брутната формула на вещество без количествен елементен анализ.
Разработен е интерактивен режим на работа на системата RASTR. Обменът на информация между човек и компютър се осъществява чрез буквено-цифров дисплей. Програмата анкетира работника, като едновременно с това посочва формата на отговора. Изисква се информация за наличните типове експериментални спектри, техните характеристики и спектрални параметри. След въвеждане на цялата спектрална информация и брутната формула на веществото, операторът посочва режима за конструиране на импликации - логически връзки между характеристиките на спектъра и структурата на съединението. Операторът има възможност да прави всякакви промени в тях: да изключва или добавя информация към библиотечните фрагменти, да премахва всякакви последствия или да добавя нови. В резултат на решаването на система от последователни логически уравнения, на дисплея се показват набори от фрагменти, които отговарят на спектрите и химическата информация.
При ръчна обработка на масспектърите необходим етап на идентификация е определянето на класа на веществото. Този етап също е включен, изрично или косвено, в много сложни алгоритми за идентификация, предназначени за компютри. Подобна операция може да се извърши в случай, че масовият спектър на определяното вещество не е бил известен преди това, но моделите на фрагментация на класа съединения, към който принадлежи, са добре проучени. Това е възможно въз основа на качествени и количествени модели на фрагментация, общи за даден клас или хомоложна серия. Ако за неизвестен компонент беше възможно да се регистрира пик, толкова важен за идентификация, колкото пика на молекулярен йон, тогава, в комбинация с информация за класа на съединението, молекулното тегло прави възможно определянето на брутната формула на вещество. Трябва да се отбележи, че използването на изотопни пикове за определяне на брутната формула в хроматографско-масспектрометричен анализ е от ограничено значение и е възможно само при висок интензитет на тези пикове и пика на молекулния йон. За определени групи изомери на ароматни и парафинови въглеводороди са разработени индивидуални алгоритми за идентификация, изградени, като се вземат предвид определени количествени характеристики на техните масспектри.

Е, за да завършим запознанството ни с алкохолите, ще дам и формулата на друго добре познато вещество - холестеролът. Не всеки знае, че това е едновалентен алкохол!

|`/`\\`|<`|w>`\`/|<`/w$color(red)HO$color()>\/`|0/`|/\<`|w>|_q_q_q<-dH>:a_q|0<|dH>`/<`|wH>`\|dH; #a_(A-72)<_(A-120,d+)>-/-/<->`\

Маркирах хидроксилната група в него в червено.

Карбоксилни киселини

Всеки винопроизводител знае, че виното трябва да се съхранява без достъп на въздух. Иначе ще вкисне. Но химиците знаят причината - ако добавите още един кислороден атом към алкохол, ще получите киселина.
Нека да разгледаме формулите на киселините, които се получават от вече познатите ни алкохоли:

вещество			Скелетна формула	Брутна формула
Метанова киселина (мравчена киселина)	H/C`|O|\OH	HCOOH	O//\OH
Етанова киселина (оцетна киселина)	H-C-C\O-H; H|#C|H	CH3-COOH	/`|O|\OH
Пропанова киселина (метилоцетна киселина)	H-C-C-C\O-H; H|#2|H; H|#3|H	СН3-СН2-СООН	\/`|O|\OH
Бутанова киселина (маслена киселина)	H-C-C-C-C\O-H; H|#2|H; H|#3|H; H|#4|H	СН3-СН2-СН2-СООН	/\/`|O|\OH
Обобщена формула	(R)-C\О-Х	(R)-COOH или (R)-CO2H	(R)/`|O|\OH

Отличителна черта на органичните киселини е наличието на карбоксилна група (COOH), която придава на такива вещества киселинни свойства.

Който е опитвал оцет знае, че е много кисел. Причината за това е наличието на оцетна киселина в него. Обикновено трапезният оцет съдържа между 3 и 15% оцетна киселина, а останалото (предимно) вода. Консумацията на оцетна киселина в неразредена форма представлява опасност за живота.

Карбоксилните киселини могат да имат множество карбоксилни групи. В този случай те се наричат: двуосновен, триосновени т.н...

Хранителните продукти съдържат много други органични киселини. Ето само няколко от тях:

Името на тези киселини съответства на хранителните продукти, в които се съдържат. Между другото, имайте предвид, че тук има киселини, които също имат хидроксилна група, характерна за алкохолите. Такива вещества се наричат хидроксикарбоксилни киселини(или хидрокси киселини).
Отдолу под всяка от киселините има знак, указващ името на групата органични вещества, към която принадлежи.

Радикали

Радикалите са друга концепция, която е повлияла на химичните формули. Самата дума вероятно е известна на всички, но в химията радикалите нямат нищо общо с политиците, бунтовниците и други граждани с активна позиция.
Тук това са само фрагменти от молекули. И сега ще разберем какво ги прави специални и ще се запознаем с нов начин за писане на химични формули.

Обобщените формули вече са споменати няколко пъти в текста: алкохоли - (R)-OH и карбоксилни киселини - (R)-COOH. Нека ви напомня, че -OH и -COOH са функционални групи. Но R е радикал. Не напразно той е изобразен като буквата R.

За да бъдем по-конкретни, едновалентен радикал е част от молекула без един водороден атом. Е, ако извадиш два водородни атома, получаваш двувалентен радикал.

Радикалите в химията получиха собствени имена. Някои от тях дори получиха латински обозначения, подобни на обозначенията на елементите. И освен това, понякога във формулите радикалите могат да бъдат посочени в съкратена форма, напомняща повече на брутните формули.
Всичко това е демонстрирано в следващата таблица.

Име	Структурна формула	Обозначаване	Кратка формула	Пример за алкохол
Метил	CH3-()	аз	CH3	(Ме)-ОН	CH3OH
Етил	CH3-CH2-()	Et	C2H5	(Et)-OH	C2H5OH
Прерязах	CH3-CH2-CH2-()	Пр	C3H7	(Pr)-OH	C3H7OH
Изопропил	H3C\CH(*`/H3C*)-()	i-Pr	C3H7	(i-Pr)-OH	(CH3)2CHOH
Фенил	`/`=`\//-\\-{}	Ph	C6H5	(Ph)-OH	C6H5OH

Мисля, че тук всичко е ясно. Искам само да обърна внимание на колоната, в която са дадени примери за алкохоли. Някои радикали са написани във форма, която прилича на брутната формула, но функционалната група е написана отделно. Например CH3-CH2-OH се превръща в C2H5OH.
А за разклонени вериги като изопропил се използват структури със скоби.

Има и такова явление като свободни радикали. Това са радикали, които по някаква причина са се отделили от функционални групи. В този случай едно от правилата, с които започнахме да изучаваме формулите, е нарушено: броят на химичните връзки вече не съответства на валентността на един от атомите. Е, или можем да кажем, че една от връзките става отворена в единия край. Свободните радикали обикновено живеят за кратко време, тъй като молекулите са склонни да се върнат към стабилно състояние.

Въведение в азота. Амини

Предлагам да се запозная с друг елемент, който е част от много органични съединения. Това азот.
Означава се с латинската буква ни има валентност три.

Нека да видим какви вещества се получават, ако към познатите въглеводороди се добави азот:

вещество	Разширена структурна формула	Опростена структурна формула	Скелетна формула	Брутна формула
Аминометан (метиламин)	H-C-N\H;H|#C|H	CH3-NH2	\NH2
Аминоетан (етиламин)	H-C-C-N\H;H|#C|H;H|#3|H	CH3-CH2-NH2	/\NH2
Диметиламин	H-C-N<`|H>-С=Н; H|#-3|H; H|#2|H	$L(1,3)H/N<_(A80,w+)CH3>\dCH3	/Н<_(y-.5)H>\
Аминобензен (Анилин)	H\N|C\\C|C<\H>`//C<|H>`\C<`/H>`||C<`\H>/	NH2|C\\CH|CH`//C<_(y.5)H>`\HC`||HC/	NH2|\|`/`\`|/_o
Триетиламин	$наклон(45)H-C-C/N\C-C-H;H|#2|H; H|#3|H; H|#5|H;H|#6|H; #N`|C<`-H><-H>`|C<`-H><-H>`|З	CH3-CH2-N<`|CH2-CH3>-СН2-СН3	\/Н<`|/>\|

Както вероятно вече се досещате от имената, всички тези вещества са обединени под общото име амини. Функционалната група ()-NH2 се нарича амино група. Ето някои общи формули на амини:

Като цяло тук няма специални иновации. Ако тези формули са ви ясни, тогава можете спокойно да се включите в по-нататъшно изучаване на органична химия, като използвате учебник или интернет.
Но бих искал да говоря и за формулите в неорганичната химия. Ще видите колко лесно ще бъде да ги разберете, след като изучавате структурата на органичните молекули.

Рационални формули

Не трябва да се заключава, че неорганичната химия е по-лесна от органичната химия. Разбира се, неорганичните молекули са склонни да изглеждат много по-прости, защото не са склонни да образуват сложни структури като въглеводородите. Но тогава трябва да изучим повече от сто елемента, които изграждат периодичната таблица. И тези елементи са склонни да се комбинират според техните химични свойства, но с множество изключения.

Така че няма да ви кажа нищо от това. Темата на моята статия е химичните формули. И с тях всичко е сравнително просто.
Най-често се използва в неорганичната химия рационални формули. И сега ще разберем как се различават от вече познатите ни.

Първо, нека се запознаем с още един елемент - калций. Това също е много често срещан елемент.
Обозначава се оки има валентност две. Нека да видим какви съединения образува с въглерода, кислорода и водорода, които познаваме.

вещество	Структурна формула	Рационална формула	Брутна формула
Калциев оксид	Ca=O	CaO
Калциев хидроксид	H-O-Ca-O-H	Ca(OH)2
Калциев карбонат	$наклон(45)Ca`/O\C|O`|/O`\#1	CaCO3
Калциев бикарбонат	HO/`|O|\O/Ca\O/`|O|\OH	Ca(HCO3)2
Карбонова киселина	H|O\C|O`|/O`|H	H2CO3

На пръв поглед се вижда, че рационалната формула е нещо средно между структурна и груба формула. Но все още не е много ясно как се получават. За да разберете значението на тези формули, трябва да вземете предвид химичните реакции, в които участват веществата.

Калцият в чиста форма е мек бял метал. Не се среща в природата. Но е напълно възможно да го купите в химически магазин. Обикновено се съхранява в специални буркани без достъп на въздух. Защото във въздуха реагира с кислорода. Всъщност, затова не се среща в природата.
И така, реакцията на калция с кислорода:

2Ca + O2 -> 2CaO

Числото 2 пред формулата на дадено вещество означава, че в реакцията участват 2 молекули.
Калцият и кислородът произвеждат калциев оксид. Това вещество също не се среща в природата, защото реагира с вода:

CaO + H2O -> Ca(OH2)

Резултатът е калциев хидроксид. Ако се вгледате внимателно в неговата структурна формула (в предишната таблица), можете да видите, че той е образуван от един калциев атом и две хидроксилни групи, с които вече сме запознати.
Това са законите на химията: ако се добави хидроксилна група към органично вещество, се получава алкохол, а ако се добави към метал, се получава хидроксид.

Но калциевият хидроксид не се среща в природата поради наличието на въглероден диоксид във въздуха. Мисля, че всеки е чувал за този газ. Образува се при дишане на хора и животни, при изгаряне на въглища и нефтопродукти, при пожари и вулканични изригвания. Следователно той винаги присъства във въздуха. Но също така се разтваря доста добре във вода, образувайки въглена киселина:

CO2 + H2O<=>H2CO3

Знак<=>показва, че реакцията може да протече и в двете посоки при еднакви условия.

Така калциевият хидроксид, разтворен във вода, реагира с въглена киселина и се превръща в слабо разтворим калциев карбонат:

Ca(OH)2 + H2CO3 -> CaCO3"|v" + 2H2O

Стрелка надолу означава, че в резултат на реакцията веществото се утаява.
При по-нататъшен контакт на калциев карбонат с въглероден диоксид в присъствието на вода възниква обратима реакция за образуване на кисела сол - калциев бикарбонат, който е силно разтворим във вода

CaCO3 + CO2 + H2O<=>Ca(HCO3)2

Този процес влияе върху твърдостта на водата. Когато температурата се повиши, бикарбонатът се превръща обратно в карбонат. Следователно в райони с твърда вода в чайниците се образува котлен камък.

Креда, варовик, мрамор, туф и много други минерали са до голяма степен съставени от калциев карбонат. Среща се и в корали, черупки на мекотели, животински кости и др.
Но ако калциевият карбонат се нагрее на много висока температура, той ще се превърне в калциев оксид и въглероден диоксид.

Тази кратка история за цикъла на калций в природата трябва да обясни защо са необходими рационални формули. И така, рационалните формули са написани така, че функционалните групи да са видими. В нашия случай това е:

Освен това отделните елементи - Ca, H, O (в оксиди) - също са независими групи.

йони

Мисля, че е време да се запознаем с йоните. Тази дума вероятно е позната на всички. И след изучаване на функционалните групи, не ни струва нищо да разберем какви са тези йони.

Като цяло естеството на химичните връзки обикновено е, че някои елементи отдават електрони, докато други ги получават. Електроните са частици с отрицателен заряд. Елемент с пълен набор от електрони има нулев заряд. Ако е отдал електрон, тогава зарядът му става положителен, а ако го е приел, тогава той става отрицателен. Например, водородът има само един електрон, който се отказва доста лесно, превръщайки се в положителен йон. Има специален запис за това в химичните формули:

H2O<=>H^+ + OH^-

Тук виждаме това като резултат електролитна дисоциацияводата се разпада на положително зареден водороден йон и отрицателно заредена ОН група. Йонът ОН^- се нарича хидроксиден йон. Не трябва да се бърка с хидроксилната група, която не е йон, а част от някакъв вид молекула. Знакът + или - в горния десен ъгъл показва заряда на йона.
Но въглеродната киселина никога не съществува като самостоятелно вещество. Всъщност това е смес от водородни йони и карбонатни йони (или бикарбонатни йони):

H2CO3 = H^+ + HCO3^-<=>2H^+ + CO3^2-

Карбонатният йон има заряд 2-. Това означава, че към него са добавени два електрона.

Отрицателно заредените йони се наричат аниони. Обикновено те включват киселинни остатъци.
Положително заредени йони - катиони. Най-често това са водород и метали.

И тук вероятно можете напълно да разберете значението на рационалните формули. В тях първо се изписва катионът, а след това анионът. Дори ако формулата не съдържа никакви такси.

Вероятно вече се досещате, че йоните могат да бъдат описани не само с рационални формули. Ето скелетната формула на бикарбонатния анион:

Тук зарядът е посочен непосредствено до кислородния атом, който е получил допълнителен електрон и следователно е загубил една линия. Просто казано, всеки допълнителен електрон намалява броя на химическите връзки, изобразени в структурната формула. От друга страна, ако някой възел от структурната формула има знак +, тогава той има допълнителна пръчка. Както винаги, този факт трябва да бъде демонстриран с пример. Но сред познатите ни вещества няма нито един катион, който да се състои от няколко атома.
И такова вещество е амонякът. Неговият воден разтвор често се нарича амоняки е включен във всеки комплект за първа помощ. Амонякът е съединение на водород и азот и има рационалната формула NH3. Помислете за химичната реакция, която възниква, когато амонякът се разтвори във вода:

NH3 + H2O<=>NH4^+ + OH^-

Същото нещо, но използвайки структурни формули:

H|N<`/H>\H + H-O-H<=>H|N^+<_(A75,w+)H><_(A15,d+)H>`/H + O`^-# -H

От дясната страна виждаме два йона. Те са се образували в резултат на преместването на един водороден атом от водна молекула към амонячна молекула. Но този атом се движеше без своя електрон. Анионът вече ни е познат - той е хидроксиден йон. И катионът се нарича амоний. Проявява свойства, подобни на металите. Например, може да се комбинира с киселинен остатък. Веществото, образувано чрез комбиниране на амоний с карбонатен анион, се нарича амониев карбонат: (NH4)2CO3.
Ето уравнението на реакцията за взаимодействие на амоний с карбонатен анион, написано под формата на структурни формули:

2H|N^+<`/H><_(A75,w+)H>_(A15,d+)H + O^-\C|O`|/O^-<=>H|N^+<`/H><_(A75,w+)H>_(A15,d+)H`|0O^-\C|O`|/O^-|0H_(A-15,d-)N^+<_(A105,w+)H><\H>`|З

Но в тази форма уравнението на реакцията е дадено за демонстрационни цели. Обикновено уравненията използват рационални формули:

2NH4^+ + CO3^2-<=>(NH4)2CO3

Хил система

Така че можем да приемем, че вече сме изучавали структурни и рационални формули. Но има още един въпрос, който си струва да разгледаме по-подробно. Как брутните формули се различават от рационалните?
Знаем защо рационалната формула на въглеродната киселина е написана H2CO3, а не по друг начин. (Първи са двата водородни катиона, следвани от карбонатния анион.) Но защо брутната формула е написана CH2O3?

По принцип рационалната формула на въглеродната киселина може да се счита за истинска формула, тъй като няма повтарящи се елементи. За разлика от NH4OH или Ca(OH)2.
Но към брутните формули много често се прилага допълнително правило, което определя реда на елементите. Правилото е съвсем просто: първо се поставя въглеродът, след това водородът и след това останалите елементи по азбучен ред.
Така излиза CH2O3 - въглерод, водород, кислород. Това се нарича система Хил. Използва се в почти всички химически справочници. И в тази статия също.

Малко за системата easyChem

Вместо заключение бих искал да говоря за системата easyChem. Той е проектиран така, че всички формули, които обсъждахме тук, да могат лесно да бъдат вмъкнати в текста. Всъщност всички формули в тази статия са начертани с помощта на easyChem.

Защо изобщо се нуждаем от някаква система за извеждане на формули? Работата е там, че стандартният начин за показване на информация в интернет браузърите е езикът за маркиране на хипертекст (HTML). Той е фокусиран върху обработката на текстова информация.

Рационалните и брутните формули могат да бъдат изобразени с помощта на текст. Дори някои опростени структурни формули също могат да бъдат написани в текст, например алкохол CH3-CH2-OH. Въпреки че за това ще трябва да използвате следния запис в HTML: CH ₃-CH ₂-ОХ.
Това разбира се създава някои трудности, но можете да живеете с тях. Но как да изобразим структурната формула? По принцип можете да използвате шрифт с едно пространство:

H H | | H-C-C-O-H | | H H Разбира се, не изглежда много хубаво, но също така е възможно.

Истинският проблем идва, когато се опитвате да нарисувате бензенови пръстени и когато използвате скелетни формули. Не остава друг начин освен свързване на растерно изображение. Растерите се съхраняват в отделни файлове. Браузърите могат да включват изображения във формат gif, png или jpeg.
За да създадете такива файлове, е необходим графичен редактор. Например Photoshop. Но познавам Photoshop повече от 10 години и мога да кажа със сигурност, че той е много зле подходящ за изобразяване на химически формули.
Молекулярните редактори се справят много по-добре с тази задача. Но с голям брой формули, всяка от които се съхранява в отделен файл, е доста лесно да се объркате в тях.
Например броят на формулите в тази статия е . Те се показват под формата на графични изображения (останалите с помощта на HTML инструменти).

Системата easyChem ви позволява да съхранявате всички формули директно в HTML документ в текстов вид. Според мен това е много удобно.
Освен това брутните формули в тази статия се изчисляват автоматично. Тъй като easyChem работи на два етапа: първо текстовото описание се преобразува в информационна структура (графика), след което върху тази структура могат да се извършват различни действия. Сред тях могат да се отбележат следните функции: изчисляване на молекулното тегло, преобразуване в брутна формула, проверка за възможността за извеждане като текст, графично и текстово изобразяване.

Затова, за да подготвя тази статия, използвах само текстов редактор. Освен това не трябваше да мисля коя от формулите ще бъде графична и коя ще бъде текстова.

Ето няколко примера, които разкриват тайната на подготовката на текста на статия: Описанията от лявата колона автоматично се превръщат във формули във втората колона.
В първия ред описанието на рационалната формула е много подобно на показания резултат. Единствената разлика е, че числените коефициенти се показват междуредово.
Във втория ред разширената формула е дадена под формата на три отделни вериги, разделени със символ; Мисля, че е лесно да се види, че текстовото описание в много отношения напомня на действията, които биха били необходими за изобразяване на формулата с молив върху хартия.
Третият ред демонстрира използването на наклонени линии с помощта на символите \ и /. Знакът ` (обратна отметка) означава, че линията е начертана отдясно наляво (или отдолу нагоре).

Тук има много по-подробна документация за използването на системата easyChem.

Позволете ми да завърша тази статия и да ви пожелая успех в изучаването на химия.

Кратък тълковен речник на термините, използвани в статията

Въглеводороди Вещества, състоящи се от въглерод и водород. Те се различават един от друг по структурата на своите молекули. Структурните формули са схематични изображения на молекули, където атомите са обозначени с латински букви, а химическите връзки - с тирета. Структурните формули са разширени, опростени и скелетни. Разширените структурни формули са структурни формули, при които всеки атом е представен като отделен възел. Опростените структурни формули са онези структурни формули, при които водородните атоми са написани до елемента, с който са свързани. И ако повече от един водород е прикрепен към един атом, тогава количеството се записва като число. Можем също да кажем, че групите действат като възли в опростени формули. Скелетните формули са структурни формули, където въглеродните атоми са изобразени като празни възли. Броят на водородните атоми, свързани към всеки въглероден атом, е равен на 4 минус броя на връзките, които се събират в мястото. За възли, образувани не от въглерод, се прилагат правилата на опростените формули. Брутна формула (известна още като истинска формула) - списък на всички химични елементи, които изграждат молекулата, посочващ броя на атомите под формата на число (ако има един атом, тогава единицата не е написана) Система на Хил - правило което определя реда на атомите във формулата на брутната формула: първо се поставя въглеродът, след това водородът и след това останалите елементи по азбучен ред. Това е система, която се използва много често. И всички брутни формули в тази статия са написани според системата на Хил. Функционални групи Стабилни комбинации от атоми, които се запазват по време на химични реакции. Често функционалните групи имат свои имена и влияят върху химичните свойства и научното наименование на веществото