Sažetak na temu:
Hemijska formula
Hemijska formula- odraz informacija o sastavu i strukturi supstanci pomoću hemijskih simbola, brojeva i oznaka za podjelu - zagrada.
Sastav molekula složenih supstanci izražava se hemijskim formulama.
Na osnovu hemijske formule može se dati naziv supstance.
Hemijska formula znači:
- 1 molekul ili 1 mol supstance;
- kvalitativni sastav (od kojih hemijskih elemenata se tvar sastoji);
- kvantitativni sastav (koliko atoma svakog elementa sadrži molekula supstance).
- Formula HNO3 označava:
- dušična kiselina;
- 1 molekul dušične kiseline ili 1 mol dušične kiseline;
- kvalitativni sastav: molekula dušične kiseline sastoji se od vodika, dušika i kisika;
- kvantitativni sastav: molekul dušične kiseline sadrži jedan atom elementa vodika, jedan atom elementa dušika, tri atoma elementa kisika.
Vrste
Trenutno se razlikuju sljedeće vrste hemijskih formula:
- Najjednostavnija formula. Može se dobiti eksperimentalno određivanjem omjera kemijskih elemenata u tvari koristeći vrijednosti atomske mase elemenata. Dakle, najjednostavnija formula vode bit će H 2 O, a najjednostavnija formula benzena CH (za razliku od C 6 H 6 - istina, vidi dolje). Atomi u formulama su označeni znakovima hemijskih elemenata, a njihove relativne količine označene su brojevima u formatu indeksa.
- True Formula. Može se dobiti ako je poznata molekularna težina supstance. Prava formula vode je H 2 O, koja se poklapa sa najjednostavnijom. Prava formula benzena je C 6 H 6, koja se razlikuje od najjednostavnije. Prave formule se nazivaju i bruto formule ili empirijske. Oni odražavaju sastav, ali ne i strukturu, molekula neke supstance. Prava formula pokazuje tačan broj atoma svakog elementa u jednoj molekuli. Ova količina odgovara indeksu - malom broju iza simbola odgovarajućeg elementa. Ako je indeks 1, odnosno postoji samo jedan atom danog elementa u molekulu, onda takav indeks nije naznačen.
- Racionalna formula. Racionalne formule ističu grupe atoma karakteristične za klase hemijskih jedinjenja. Na primjer, za alkohole se dodjeljuje -OH grupa. Kada se piše racionalna formula, takve grupe atoma su zatvorene u zagradama (OH). Broj ponavljajućih grupa označen je brojevima u formatu indeksa, koji se stavljaju odmah iza završne zagrade. Uglaste zagrade se koriste za prikaz strukture složenih spojeva. Na primjer, K 4 je kalijum heksacijanokobaltoat. Racionalne formule se često nalaze u poluproširenom obliku, kada su neki od istih atoma prikazani odvojeno da bolje odražavaju strukturu molekula supstance.
- Strukturna formula. Grafički prikazuje relativni raspored atoma u molekulu. Hemijske veze između atoma označene su linijama. Postoje dvodimenzionalne (2D) i trodimenzionalne (3D) formule. Dvodimenzionalne su odraz strukture materije na ravni. Trodimenzionalni omogućavaju da se njegov sastav, relativni položaj, veze i udaljenosti između atoma najpribližnije predstave teorijskim modelima strukture materije.
- Etanol
- Najjednostavnija formula je C 2 H 6 O
- Tačna, empirijska ili gruba formula: C 2 H 6 O
- Racionalna formula: C 2 H 5 OH
- Racionalna formula u poluproširenom obliku: CH 3 CH 2 OH
- Strukturna formula (2D):
Postoje i drugi načini za pisanje hemijskih formula. Nove metode su se pojavile kasnih 1980-ih s razvojem tehnologije personalnih računara (SMILES, WLN, ROSDAL, SLN, itd.). Personalni računari takođe koriste poseban softver koji se zove molekularni uređivači za rad sa hemijskim formulama.
Bilješke
- 1 2 3 Osnovni koncepti hemije - de.gubkin.ru/chemistry/ch1-th/node6.html
Ovaj sažetak je zasnovan na članku sa ruske Wikipedije. Sinhronizacija je završena 07/10/11 17:38:37
Slični sažetci:
· Povezani članci ·
Trenutno se razlikuju sljedeće vrste hemijskih formula:
- Najjednostavnija formula. Može se dobiti eksperimentalno određivanjem omjera kemijskih elemenata u tvari koristeći vrijednosti atomske mase elemenata. Dakle, najjednostavnija formula vode bit će H 2 O, a najjednostavnija formula benzena CH (za razliku od C 6 H 6 - istina, vidi dolje). Atomi u formulama su označeni znakovima hemijskih elemenata, a njihove relativne količine označene su brojevima u formatu indeksa.
- Empirijska formula. Različiti autori mogu koristiti ovaj termin u značenju najjednostavniji, istinito ili racionalno formule
- True Formula. Može se dobiti ako je poznata molekularna težina supstance. Prava formula vode je H 2 O, koja se poklapa sa najjednostavnijom. Prava formula benzena je C 6 H 6, koja se razlikuje od najjednostavnije. Prave formule se također nazivaju bruto formule. Oni odražavaju sastav, ali ne i strukturu, molekula neke supstance. Prava formula pokazuje tačan broj atoma svakog elementa u jednoj molekuli. Ova količina odgovara indeksu - malom broju iza simbola odgovarajućeg elementa. Ako je indeks 1, odnosno postoji samo jedan atom danog elementa u molekulu, onda takav indeks nije naznačen.
- Racionalna formula. Racionalne formule ističu grupe atoma karakteristične za klase hemijskih jedinjenja. Na primjer, za alkohole se dodjeljuje -OH grupa. Kada se piše racionalna formula, takve grupe atoma su zatvorene u zagradama (OH). Broj ponavljajućih grupa označen je brojevima u formatu indeksa, koji se stavljaju odmah iza završne zagrade. Uglaste zagrade se koriste za prikaz strukture složenih spojeva. Na primjer, K 4 je kalijum heksacijanokobaltat. Racionalne formule se često nalaze u poluproširenom obliku, kada su neki od istih atoma prikazani odvojeno da bolje odražavaju strukturu molekula supstance.
- Strukturna formula. Grafički prikazuje relativni raspored atoma u molekulu. Hemijske veze između atoma označene su linijama. Postoje dvodimenzionalne (2D) i trodimenzionalne (3D) formule. Dvodimenzionalne su odraz strukture materije na ravni. Trodimenzionalni omogućavaju da se njegov sastav, relativni položaj, veze i udaljenosti između atoma najpribližnije predstave teorijskim modelima strukture materije.
- Etanol
- Najjednostavnija formula je C 2 H 6 O
- Tačna, empirijska ili gruba formula: C 2 H 6 O
- Racionalna formula: C 2 H 5 OH
- Racionalna formula u poluproširenom obliku: CH 3 CH 2 OH
- Strukturna formula (2D):
Postoje i drugi načini za pisanje hemijskih formula. Nove metode su se pojavile kasnih 1980-ih s razvojem tehnologije personalnih računara (SMILES, WLN, ROSDAL, SLN, itd.). Personalni računari takođe koriste poseban softver koji se zove molekularni uređivači za rad sa hemijskim formulama.
Bruto, strukturne i elektronske formule jedinjenja
Drugi Vutlerovov postulat. Hemijska reaktivnost određenih grupa atoma značajno zavisi od njihovog hemijskog okruženja, odnosno od toga sa kojim atomima ili grupama atoma se određena grupa nalazi.
Formule spojeva koje smo koristili u proučavanju neorganske hemije odražavaju samo broj atoma određenog elementa u molekuli. Takve formule se nazivaju "bruto formule" ili "molekularne formule".
Kao što slijedi iz prvog Vutlerovovog postulata, u organskoj hemiji nije važan samo broj određenih atoma u molekuli, već i redoslijed njihovog vezivanja, odnosno nije uvijek preporučljivo koristiti bruto formule za organske spojeve. Na primjer, radi jasnoće, kada smo razmatrali strukturu molekule metana, koristili smo strukturne formule - shematski prikaz redoslijeda vezivanja atoma u molekulu. Kada se prikazuju strukturne formule, hemijska veza se označava crticom, dvostruka veza sa dve crtice itd.
Elektronska formula (ili Lewisova formula) je vrlo slična strukturnoj formuli, ali u ovom slučaju nisu predstavljene formirane veze, već elektroni, kako oni koji formiraju vezu, tako i oni koji ne.
Na primjer, sulfatna kiselina, o kojoj je već bilo riječi, može se napisati korištenjem sljedećih formula. Bruto formula je H 2 80 4, strukturne i elektronske formule su sljedeće:
Strukturne formule organska jedinjenja
Gotovo sve organske tvari sastoje se od molekula čiji je sastav izražen hemijskim formulama, na primjer CH 4, C 4 H 10, C 2 H 4 O 2. Kakvu strukturu imaju molekuli organskih supstanci? Osnivači organske hemije F. Kekule i A. M. Vutlerov postavili su sebi ovo pitanje sredinom 19. veka. Proučavajući sastav i svojstva raznih organskih supstanci, došli su do sljedećih zaključaka:
Atomi u molekulima organskih supstanci povezani su hemijskim vezama u određenom nizu, prema njihovoj valentnosti. Ova sekvenca se obično naziva hemijska struktura;
Atomi ugljika u svim organskim jedinjenjima su hotivalentni, a ostali elementi pokazuju svoje karakteristične valencije.
Ova pozicija je osnova teorije strukture organskih jedinjenja, koju je formulisao O. M. Butlerov 1861.
Hemijska struktura organskih jedinjenja vizuelno je predstavljena strukturnim formulama, u kojima su hemijske veze između atoma označene crticama. Ukupan broj linija koje se protežu od simbola svakog elementa jednak je njegovoj atomskoj valenciji. Višestruke veze su predstavljene sa dvije ili tri crtice.
Na primjeru zasićenog ugljikovodika propana C 3 H 8, razmotrimo kako sastaviti strukturnu formulu organske tvari.
1. Nacrtajte karbonski skelet. U ovom slučaju, lanac se sastoji od tri atoma ugljika:
S-S- WITH
2. Ugljik je četverovalentan, tako da prikazujemo nedovoljne karakteristike svakog atoma ugljika na način da postoje četiri karakteristike pored svakog atoma:
3. Dodajte simbole atoma vodika:
Često se strukturne formule pišu u skraćenom obliku, bez prikaza veze C - H. Skraćene strukturne formule su mnogo kompaktnije od proširenih:
CH 3 - CH 2 - CH 3.
Strukturne formule pokazuju samo redoslijed veza atoma, ali ne odražavaju prostornu strukturu molekula, posebno uglove veze. Poznato je, na primjer, da je ugao između C veza u propanu 109,5°. Međutim, strukturna formula propana izgleda kao da je ovaj ugao 180°. Stoga bi bilo ispravnije strukturnu formulu propana napisati u manje prikladnom, ali istinitijem obliku:
Profesionalni hemičari koriste sljedeće strukturne formule, u kojima uopće nisu prikazani ni atomi ugljika ni atomi vodika, već je samo ugljični kostur prikazan u obliku međusobno povezanih C-C veza, kao i funkcionalnih grupa. Kako bi se osiguralo da kičma ne izgleda kao jedna neprekidna linija, hemijske veze su prikazane pod uglom jedna prema drugoj. Dakle, u molekulu propana C 3 H 8 postoje samo dvije C-C veze, pa je propan predstavljen sa dvije crtice.
Homologni niz organskih jedinjenja
Razmotrimo strukturne formule dva spoja iste klase, na primjer alkohola:
Molekuli metil CH 3 OH i etil C 2 H 5 OH alkohola imaju istu funkcionalnu grupu OH, zajedničku za cijelu klasu alkohola, ali se razlikuju po dužini ugljičnog skeleta: u etanolu se nalazi još jedan atom ugljika. Upoređujući strukturne formule, može se primijetiti da kada se lanac ugljika poveća za jedan atom ugljika, sastav tvari mijenja se u CH 2 grupu, kada se lanac ugljika produži za dva atoma - na dvije CH 2 grupe, itd.
Jedinjenja iste klase, koja imaju sličnu strukturu, ali se razlikuju po sastavu za jednu ili više CH2 grupa, nazivaju se homolozima.
CH 2 grupa se naziva homologna razlika. Ukupnost svih homologa čini homološki niz. Metanol i etanol pripadaju homolognom nizu alkohola. Sve supstance iz iste serije imaju slična hemijska svojstva, a njihov sastav se može izraziti opštom formulom. Na primjer, opća formula homolognog niza alkohola je C n H 2 n +1 VON, gdje je n - prirodni broj.
|
Klasa veze |
Opća formula |
Opća formula koja naglašava funkcionalnu grupu |
|
Alkanes |
C n H 2 n + 2 |
|
|
Cycloalkani |
C n H 2 n |
|
|
Alkenes |
C n H 2 n |
|
|
Alkadieni |
C n H 2 n-2 |
|
|
Alkini |
C n H 2 n-2 |
|
|
Mononuklearni areni (homologni niz benzena) |
C n H 2 n-6 |
|
|
Monohidrični alkoholi |
C n H 2 n + 2 V |
C n H 2 n +1 V H |
|
Polihidrični alkoholi |
C n H 2 n + 2 O x |
C n H 2 n + 2-x (B H) x |
|
Aldehidi |
C n H 2 n B |
C n H 2 n +1 CHO |
|
Jednobazne karboksilne kiseline |
C n H 2 n O 2 |
C n H 2 n +1 COOH |
|
Esthers |
C n H 2 n B |
C n H 2 n +1 COOC n H 2n+1 |
|
Ugljikohidrati |
C n (H 2 O) m |
|
|
Primarni amini |
C n H 2 n + 3 N |
C n H 2 n +1 NH 2 |
|
Amino kiseline |
C n H 2 n +1 BR |
H 2 NC n H 2n COOH |
Bruto formula supstance i njena transformacija u toluen ukazuju da se radi o metilcikloheksadienu. Sposoban je za dodavanje anhidrida oleinske kiseline, što je tipično za konjugirane diene.
Bruto formula neke supstance pouzdano se utvrđuje samo kombinacijom elementarne analize i određivanja molekulske težine.
Određivanje bruto formule supstance stoga zahteva analizu homolognih serija fragmenata jona i karakterističnih razlika.
Kako se određuje bruto formula supstance?
Pored PMR spektra i bruto formule supstance, za utvrđivanje strukturne formule postoje podaci o njenoj prirodi ili poreklu, bez kojih bi nedvosmislena interpretacija spektra bila nemoguća.
Na početku svakog članka navedena je bruto formula supstance, njen naziv i strukturna formula. Pretraga tražene supstance u imeniku vrši se pomoću poznate bruto formule i indeksa formule ili po poznatom nazivu i abecednom indeksu koji se nalazi na kraju imenika.
Prva kolona svih tabela daje bruto formulu supstance, sledeća kolona prikazuje njenu hemijsku formulu. Zatim je naznačena temperatura na kojoj su mjerenja izvršena. Za halogene (osim joda) dati su samo podaci dobijeni na standardnoj NQR temperaturi tečnog azota (77 K) - Podaci za ostale temperature dati su u nedostatku merenja na 77 K, što je navedeno u napomenama.
Metode masene spektrometrije koriste se za identifikaciju supstanci, određivanje bruto formula supstanci i njihove hemijske strukture. Za hemiju su važne fizičke karakteristike kao što su jonizacioni potencijal i energija raskidanja hemijskih veza.
Da biste pronašli bilo koje jedinjenje u indeksu formule, prvo morate izračunati bruto formulu supstance i rasporediti elemente prema Hill sistemu: za anorganske supstance po abecednom redu, na primer H3O4P (fosforna kiselina), CuO4S (bakar sulfat), O7P2Zn2 (cink pirofosfat) itd.
Da biste pronašli bilo koje jedinjenje u indeksu formule, prvo morate izračunati bruto formulu supstance i rasporediti elemente prema Hill sistemu: za anorganske supstance po abecednom redu, na primer H3O4P (fosforna kiselina), CuO4S (bakar sulfat), O7P2Zn2 (cink pirofosfat) itd.
Mogućnosti masene spektrometrije niske rezolucije ne dozvoljavaju razdvajanje drugog i trećeg stupnja grupne identifikacije, a određivanje bruto formule tvari provodi se istovremeno s ograničavanjem broja mogućih opcija za pripisivanje određene homologne serije. Po definiciji, homologna grupa objedinjuje niz jedinjenja čiji su maseni brojevi uporedivi po modulu 14, uključujući izobarne. U nekim slučajevima, izobarni spojevi različitih serija imaju slične obrasce fragmentacije, što se očituje u sličnosti njihovih masenih spektra niske rezolucije.
Masa molekularnog jona (180 1616) mjeri se s velikom preciznošću, što vam omogućava da odmah odredite bruto formulu tvari.
Na osnovu navedenog, u elementarnoj analizi organskih jedinjenja predložene su metode bez težine za određivanje stehiometrije molekula koje karakterišu bruto formulu supstance. U osnovi, ove metode su namijenjene određivanju stehiometrije organogenih elemenata: ugljika, vodika i dušika. Zasnivaju se na poređenju analitičkih signala mineralizacijskih produkata uzorka supstance. Takvi signali uključuju, na primjer, područja hromatografskih pikova, zapremine titranta zajedničke za dva elementa, itd. Tako je moguće raditi bez vaga sa mikro- i ultra-mikrokvantitetima.
Kvantitativna analiza polimera obuhvata sledeća pitanja: 1) kvantitativnu elementarnu analizu, koja omogućava određivanje bruto formule supstance; 2) određivanje broja funkcionalnih i terminalnih grupa u polimernim lancima; 3) definicija mol.
Točne vrijednosti molekularne težine mogu se dobiti iz masenih spektra i služe kao osnova za određene alternativne pretpostavke o bruto formuli tvari, njenom kvalitativnom i kvantitativnom sastavu. Tako, posebno, neparna molekulska težina može poslužiti kao dokaz prisustva u molekulu jednog (tri, pet, općenito neparan broj) atoma dušika: dušik je jedini organogen element s neparnom valencijom s parnim atomom. Nasuprot tome, ravnomjerna molekulska težina ukazuje na odsustvo dušika ili mogućnost parnog broja atoma dušika. Tako, na primjer, organska tvar sa M 68 može imati samo tri bruto formule: CsHs, 4 6 ili C3H, a njihovo uzimanje u obzir značajno će olakšati interpretaciju spektralnih podataka i konačni izbor strukture.
Još vrijedniji izvor potrebnih dodatnih informacija su podaci kvantitativne (elementarne) analize, koja u kombinaciji sa određivanjem molekulske mase omogućava utvrđivanje bruto formule neke supstance.
Još vrijedniji izvor potrebnih dodatnih informacija su podaci kvantitativne (elementarne) analize, koja u kombinaciji sa određivanjem molekulske mase omogućava utvrđivanje bruto formule neke supstance. Klasične (hemijske) metode za utvrđivanje bruto formule sada se sve više zamenjuju masenim spektrometrijskim metodama, zasnovanim na preciznom merenju intenziteta izotopskih linija molekularnih jona ili veoma preciznom merenju masenih brojeva na spektrometrima visoke rezolucije.
Još vrijedniji izvor potrebnih dodatnih informacija su podaci kvantitativne (elementarne) analize, koja u kombinaciji sa određivanjem molekulske mase omogućava određivanje bruto formule neke supstance.
Imajte na umu da je ovo rijedak slučaj kada bruto formula odgovara jednoj tvari. Obično, na osnovu ovih podataka, možemo navesti samo bruto formulu supstance, ali ne i strukturnu formulu. A često ne možemo čak ni povezati supstancu sa određenom klasom. Da bi se dobila strukturna formula neke supstance, potrebni su dodatni podaci o hemijskim svojstvima ove supstance.
Elementarna analiza se koristi za kvantitativno određivanje organskih i elementarnih jedinjenja koja sadrže azot, halogene, sumpor, kao i arsen, bizmut, živu, antimon i druge elemente. Elementarna analiza se također može koristiti za kvalitativnu potvrdu prisutnosti ovih elemenata u sastavu ispitivanog jedinjenja ili za utvrđivanje ili potvrdu bruto formule neke supstance.
Poslednji red je manje verovatan, jer je njegov predznak prisustvo u spektrima intenzivnih pikova 4. homologne grupe, kojih nema u slučaju koji se razmatra. Naknadno detaljiziranje dodjele može se nedvosmisleno provesti korištenjem spektra niza jona (vidi odjeljak 5.5), međutim, s obzirom na visok intenzitet pikova molekularnih jona u ovom spektru, preporučljivo je razjasniti bruto formulu supstance koristeći izotopske signale.
Koncept homologije jedan je od najvažnijih u organskoj hemiji, a homološki nizovi čine osnovu moderne klasifikacije organskih jedinjenja. Pitanja da li jedinjenja pripadaju različitim homolognim serijama su veoma važna i povezana su, na primer, sa problemima izomerizma u organskoj hemiji, posebno sa stvaranjem efikasnih algoritama za određivanje broja mogućih izomera na osnovu bruto formule neke supstance. koristeći kompjuter.
Šema prikupljanja za kvantitativnu elementarnu analizu. U elementarnoj analizi postoji trend smanjenja ručnog rada i povećanja tačnosti određivanja. Razvoj tehnologije instrumenata omogućio je posljednjih godina razvoj uređaja za automatsku elementarnu analizu, u kojoj se ugljikov dioksid, voda i dušik koji nastaju prilikom sagorijevanja uzorka šalju strujom helijuma u plinski hromatograf priključen na uređaj. , uz pomoć kojih se vrši njihovo istovremeno kvantitativno određivanje. S druge strane, upotreba masenog spektrometra visoke rezolucije (vidi odjeljak 1.1.9.3) omogućava jednostavno određivanje bruto formule tvari bez kvantitativne elementarne analize.
Razvijen je interaktivni način rada RASTR sistema. Razmjena informacija između osobe i računara vrši se putem alfanumeričkog displeja. Program anketira radnika, istovremeno ukazujući na oblik odgovora. Potrebne su informacije o vrstama dostupnih eksperimentalnih spektra, njihovim karakteristikama i spektralnim parametrima. Nakon unosa svih spektralnih informacija i bruto formule supstance, operater ukazuje na način konstruisanja implikacija – logičkih odnosa između karakteristika spektra i strukture jedinjenja. Operator ima mogućnost da izvrši bilo kakve promjene u njima: isključi ili doda informacije u fragmente biblioteke, ukloni sve implikacije ili doda nove. Kao rezultat rješavanja sistema konzistentnih logičkih jednačina, na displeju se prikazuju skupovi fragmenata koji zadovoljavaju spektre i hemijske informacije.
Kada se maseni spektri obrađuju ručno, neophodna faza identifikacije je određivanje klase supstance. Ova faza je takođe uključena, eksplicitno ili implicitno, u mnoge složene identifikacione algoritme dizajnirane za računare. Slična operacija se može izvesti u slučaju kada maseni spektar tvari koja se određuje nije ranije bio poznat, ali su obrasci fragmentacije klase spojeva kojima ona pripada dobro proučeni. To je moguće na osnovu kvalitativnih i kvantitativnih obrazaca fragmentacije zajedničkih za datu klasu ili homolognu seriju. Ako je za nepoznatu komponentu bilo moguće registrirati pik jednako važan za identifikaciju kao i pik molekularnog jona, tada, u kombinaciji s informacijama o klasi jedinjenja, molekulska težina omogućava određivanje bruto formule supstance. Treba napomenuti da je upotreba izotopskih pikova za određivanje bruto formule u hromatografsko-masenoj spektrometrijskoj analizi od ograničenog značaja i moguća je samo uz visok intenzitet ovih pikova i pika molekularnog jona. Za određene grupe izomera aromatičnih i parafinskih ugljovodonika razvijeni su individualni identifikacioni algoritmi, izgrađeni uzimajući u obzir određene kvantitativne karakteristike njihovih masenih spektra.
Pa, da upotpunimo naše upoznavanje s alkoholima, dat ću i formulu još jedne dobro poznate supstance - holesterola. Ne znaju svi da je to monohidrični alkohol!
|`/`\\`|<`|w>`\`/|<`/w$color(red)HO$color()>\/`|0/`|/\<`|w>|_q_q_q<-dH>:a_q|0<|dH>`/<`|wH>`\|dH; #a_(A-72)<_(A-120,d+)>-/-/<->`\
Označio sam hidroksilnu grupu u njoj crvenom bojom.
Karboksilne kiseline
Svaki vinar zna da vino treba čuvati bez pristupa zraka. U suprotnom će postati kiselo. Ali hemičari znaju razlog - ako alkoholu dodate još jedan atom kiseonika, dobijate kiselinu.Pogledajmo formule kiselina koje se dobivaju iz alkohola koji su nam već poznati:
| Supstanca | Skeletna formula | Bruto formula | ||
|---|---|---|---|---|
| Metanska kiselina (mravlja kiselina) |
H/C`|O|\OH | HCOOH | O//\OH | |
| Etanska kiselina (sirćetna kiselina) |
H-C-C\O-H; H|#C|H | CH3-COOH | /`|O|\OH | |
| Propanska kiselina (metilsirćetna kiselina) |
H-C-C-C\O-H; H|#2|H; H|#3|H | CH3-CH2-COOH | \/`|O|\OH | |
| Butanoic acid (maslačna kiselina) |
H-C-C-C-C\O-H; H|#2|H; H|#3|H; H|#4|H | CH3-CH2-CH2-COOH | /\/`|O|\OH | |
| Generalizirana formula | (R)-C\O-H | (R)-COOH ili (R)-CO2H | (R)/`|O|\OH |
Posebnost organskih kiselina je prisustvo karboksilne grupe (COOH), koja takvim tvarima daje kisela svojstva.
Ko je probao sirće zna da je jako kiselo. Razlog za to je prisustvo sirćetne kiseline u njemu. Konzumno sirće obično sadrži između 3 i 15% octene kiseline, a ostatak (uglavnom) vode. Potrošnja sirćetne kiseline u nerazrijeđenom obliku predstavlja opasnost po život.
Karboksilne kiseline mogu imati više karboksilnih grupa. U ovom slučaju se zovu: dibasic, tribasic itd...
Prehrambeni proizvodi sadrže mnoge druge organske kiseline. Evo samo neke od njih:
Naziv ovih kiselina odgovara prehrambenim proizvodima u kojima se nalaze. Usput, imajte na umu da ovdje postoje kiseline koje također imaju hidroksilnu grupu, karakterističnu za alkohole. Takve supstance se nazivaju hidroksikarboksilne kiseline(ili hidroksi kiseline).
Ispod svake od kiselina nalazi se znak koji označava naziv grupe organskih supstanci kojoj pripada.
Radikali
Radikali su još jedan koncept koji je uticao na hemijske formule. Sama riječ je vjerovatno svima poznata, ali u hemiji radikali nemaju ništa zajedničko s političarima, pobunjenicima i drugim građanima koji imaju aktivnu poziciju.
Ovdje su to samo fragmenti molekula. A sada ćemo shvatiti po čemu su oni posebni i upoznati se s novim načinom pisanja kemijskih formula.
Uopštene formule su već nekoliko puta pomenute u tekstu: alkoholi - (R)-OH i karboksilne kiseline - (R)-COOH. Da vas podsjetim da su -OH i -COOH funkcionalne grupe. Ali R je radikal. Nije uzalud prikazan kao slovo R.
Da budemo precizniji, monovalentni radikal je dio molekula kojem nedostaje jedan atom vodika. Pa, ako oduzmete dva atoma vodika, dobićete dvovalentni radikal.
Radikali u hemiji dobili su svoja imena. Neki od njih su čak dobili latinske oznake slične oznakama elemenata. Osim toga, ponekad se u formulama radikali mogu naznačiti u skraćenom obliku, što više podsjeća na grube formule.
Sve je to prikazano u sljedećoj tabeli.
| Ime | Strukturna formula | Oznaka | Kratka formula | Primjer alkohola | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Metil | CH3-() | Ja | CH3 | (Me)-OH | CH3OH | |
| Etil | CH3-CH2-() | Et | C2H5 | (Et)-OH | C2H5OH | |
| Ja sam presekao | CH3-CH2-CH2-() | Pr | C3H7 | (Pr)-OH | C3H7OH | |
| izopropil | H3C\CH(*`/H3C*)-() | i-Pr | C3H7 | (i-Pr)-OH | (CH3)2CHOH | |
| Fenil | `/`=`\//-\\-{} | Ph | C6H5 | (Ph)-OH | C6H5OH | |
Mislim da je tu sve jasno. Samo želim da vam skrenem pažnju na rubriku u kojoj se navode primjeri alkohola. Neki radikali su napisani u obliku koji liči na bruto formulu, ali funkcionalna grupa je napisana odvojeno. Na primjer, CH3-CH2-OH se pretvara u C2H5OH.
A za razgranate lance kao što je izopropil, koriste se strukture sa zagradama.
Postoji i takav fenomen kao slobodni radikali. To su radikali koji su se iz nekog razloga odvojili od funkcionalnih grupa. U ovom slučaju se krši jedno od pravila s kojim smo počeli proučavati formule: broj kemijskih veza više ne odgovara valenciji jednog od atoma. Pa, ili možemo reći da jedna od veza postaje otvorena na jednom kraju. Slobodni radikali obično žive kratko jer molekuli imaju tendenciju da se vrate u stabilno stanje.
Uvod u azot. Amini
Predlažem da se upoznamo sa još jednim elementom koji je dio mnogih organskih spojeva. Ovo nitrogen.
Označava se latiničnim slovom N i ima valencu od tri.
Pogledajmo koje se tvari dobivaju ako se poznatim ugljovodonicima doda dušik:
| Supstanca | Proširena strukturna formula | Pojednostavljena strukturna formula | Skeletna formula | Bruto formula |
|---|---|---|---|---|
| Aminometan (metilamin) |
H-C-N\H;H|#C|H | CH3-NH2 | \NH2 | |
| aminoetan (etilamin) |
H-C-C-N\H;H|#C|H;H|#3|H | CH3-CH2-NH2 | /\NH2 | |
| Dimetilamin | H-C-N<`|H>-C-H; H|#-3|H; H|#2|H | $L(1,3)H/N<_(A80,w+)CH3>\dCH3 | /N<_(y-.5)H>\ | |
| Aminobenzen (Anilin) |
H\N|C\\C|C<\H>`//C<|H>`\C<`/H>`||C<`\H>/ | NH2|C\\CH|CH`//C<_(y.5)H>`\HC`||HC/ | NH2|\|`/`\`|/_o | |
| Trietilamin | $slope(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>`|H | CH3-CH2-N<`|CH2-CH3>-CH2-CH3 | \/N<`|/>\| |
Kao što ste vjerovatno već pretpostavili iz imena, sve ove supstance su objedinjene pod opštim imenom amini. Funkcionalna grupa ()-NH2 se naziva amino grupa. Evo nekih općih formula amina:
Generalno, ovdje nema posebnih inovacija. Ako su vam ove formule jasne, onda se možete bezbedno upustiti u dalje proučavanje organske hemije koristeći udžbenik ili internet.
Ali, takođe bih želeo da govorim o formulama u neorganskoj hemiji. Vidjet ćete kako će ih biti lako razumjeti nakon proučavanja strukture organskih molekula.
Racionalne formule
Ne treba zaključiti da je neorganska hemija lakša od organske hemije. Naravno, neorganske molekule imaju tendenciju da izgledaju mnogo jednostavnije jer nemaju tendenciju da formiraju složene strukture poput ugljikovodika. Ali tada moramo proučiti više od stotinu elemenata koji čine periodni sistem. I ovi elementi imaju tendenciju da se kombinuju u skladu sa svojim hemijskim svojstvima, ali sa brojnim izuzecima.
Dakle, neću vam reći ništa od ovoga. Tema mog članka su hemijske formule. A kod njih je sve relativno jednostavno.
Najčešće se koristi u neorganskoj hemiji racionalne formule. A sada ćemo shvatiti kako se razlikuju od onih koji su nam već poznati.
Prvo, hajde da se upoznamo sa još jednim elementom - kalcijumom. Ovo je takođe vrlo čest element.
Određeno je Ca i ima valencu dva. Hajde da vidimo koja jedinjenja formira sa poznatim ugljenikom, kiseonikom i vodonikom.
| Supstanca | Strukturna formula | Racionalna formula | Bruto formula |
|---|---|---|---|
| Kalcijum oksid | Ca=O | CaO | |
| Kalcijum hidroksid | H-O-Ca-O-H | Ca(OH)2 | |
| Kalcijum karbonat | $slope(45)Ca`/O\C|O`|/O`\#1 | CaCO3 | |
| Kalcijum bikarbonat | HO/`|O|\O/Ca\O/`|O|\OH | Ca(HCO3)2 | |
| Ugljena kiselina | H|O\C|O`|/O`|H | H2CO3 |
Na prvi pogled možete vidjeti da je racionalna formula nešto između strukturalne i bruto formule. Ali još nije sasvim jasno kako se do njih dolazi. Da biste razumjeli značenje ovih formula, morate razmotriti kemijske reakcije u kojima sudjeluju tvari.
Kalcijum u svom čistom obliku je meki beli metal. Ne javlja se u prirodi. Ali sasvim je moguće kupiti ga u hemijskoj prodavnici. Obično se čuva u posebnim teglama bez pristupa vazduhu. Jer u vazduhu reaguje sa kiseonikom. Zapravo, zato se to ne dešava u prirodi.
Dakle, reakcija kalcija sa kiseonikom:
2Ca + O2 -> 2CaO
Broj 2 ispred formule supstance znači da su 2 molekula uključene u reakciju.
Kalcij i kisik proizvode kalcijev oksid. Ova tvar se također ne pojavljuje u prirodi jer reagira s vodom:
CaO + H2O -> Ca(OH2)
Rezultat je kalcijum hidroksid. Ako pažljivo pogledate njegovu strukturnu formulu (u prethodnoj tabeli), možete vidjeti da je formiran od jednog atoma kalcija i dvije hidroksilne grupe, s kojima smo već upoznati.
Ovo su zakoni hemije: ako se organskoj supstanci doda hidroksilna grupa, dobija se alkohol, a ako se doda metalu, dobija se hidroksid.
Ali kalcijev hidroksid se ne pojavljuje u prirodi zbog prisustva ugljičnog dioksida u zraku. Mislim da su svi čuli za ovaj gas. Nastaje prilikom disanja ljudi i životinja, sagorevanja uglja i naftnih derivata, prilikom požara i vulkanskih erupcija. Stoga je uvijek prisutan u zraku. Ali također se prilično dobro otapa u vodi, stvarajući ugljičnu kiselinu:
CO2 + H2O<=>H2CO3
Potpiši<=>ukazuje da se reakcija može odvijati u oba smjera pod istim uvjetima.
Dakle, kalcijev hidroksid, rastvoren u vodi, reaguje sa ugljenom kiselinom i pretvara se u slabo rastvorljiv kalcijum karbonat:
Ca(OH)2 + H2CO3 -> CaCO3"|v" + 2H2O
Strelica prema dolje znači da se kao rezultat reakcije tvar taloži.
Daljnjim kontaktom kalcijum karbonata sa ugljičnim dioksidom u prisutnosti vode dolazi do reverzibilne reakcije u kojoj se formira kisela sol - kalcijev bikarbonat, koji je vrlo topljiv u vodi.
CaCO3 + CO2 + H2O<=>Ca(HCO3)2
Ovaj proces utiče na tvrdoću vode. Kada temperatura poraste, bikarbonat se ponovo pretvara u karbonat. Stoga se u regijama s tvrdom vodom stvara kamenac u kotlićima.
Kreda, krečnjak, mermer, tuf i mnogi drugi minerali su u velikoj meri sastavljeni od kalcijum karbonata. Takođe se nalazi u koraljima, školjkama mekušaca, životinjskim kostima itd...
Ali ako se kalcijev karbonat zagrije na jakoj vatri, pretvorit će se u kalcijev oksid i ugljični dioksid.
Ova kratka priča o ciklusu kalcijuma u prirodi treba da objasni zašto su potrebne racionalne formule. Dakle, racionalne formule se pišu tako da su funkcionalne grupe vidljive. U našem slučaju to je:
Osim toga, pojedinačni elementi - Ca, H, O (u oksidima) - također su nezavisne grupe.Joni
Mislim da je vrijeme da se upoznamo sa jonima. Ova riječ je vjerovatno svima poznata. A nakon proučavanja funkcionalnih grupa, ništa nas ne košta da shvatimo koji su to joni.
Općenito, priroda kemijskih veza je obično da neki elementi daju elektrone dok ih drugi dobijaju. Elektroni su čestice negativnog naboja. Element sa punim komplementom elektrona ima nulti naboj. Ako je dao elektron, onda njegov naboj postaje pozitivan, a ako ga je prihvatio, onda postaje negativan. Na primjer, vodik ima samo jedan elektron, kojeg vrlo lako odustaje, pretvarajući se u pozitivan ion. Za ovo postoji poseban unos u hemijskim formulama:
H2O<=>H^+ + OH^-
Ovdje to vidimo kao rezultat elektrolitička disocijacija voda se razlaže na pozitivno nabijeni vodikov ion i negativno nabijenu OH grupu. OH^- jon se zove hidroksid ion. Ne treba je mešati sa hidroksilnom grupom, koja nije jon, već deo neke vrste molekula. Znak + ili - u gornjem desnom uglu pokazuje naelektrisanje jona.
Ali ugljena kiselina nikada ne postoji kao samostalna supstanca. U stvari, to je mješavina vodikovih iona i karbonatnih iona (ili bikarbonatnih iona):
H2CO3 = H^+ + HCO3^-<=>2H^+ + CO3^2-
Karbonatni jon ima naelektrisanje od 2-. To znači da su mu dodana dva elektrona.
Negativno nabijeni joni se nazivaju anjoni. To obično uključuje kisele ostatke.
Pozitivno nabijeni joni - katjoni. Najčešće su to vodonik i metali.
I ovdje vjerovatno možete u potpunosti razumjeti značenje racionalnih formula. U njima je prvo upisan kation, a zatim anjon. Čak i ako formula ne sadrži nikakve naknade.
Verovatno već pogađate da se joni mogu opisati ne samo racionalnim formulama. Evo skeletne formule bikarbonatnog anjona:
Ovdje je naboj naznačen direktno pored atoma kisika, koji je primio dodatni elektron i stoga izgubio jednu liniju. Jednostavno rečeno, svaki dodatni elektron smanjuje broj hemijskih veza prikazanih u strukturnoj formuli. S druge strane, ako neki čvor strukturne formule ima znak +, onda ima dodatni štapić. Kao i uvijek, ovu činjenicu treba pokazati primjerom. Ali među nama poznatim tvarima ne postoji niti jedan kation koji se sastoji od nekoliko atoma.
A takva supstanca je amonijak. Njegov vodeni rastvor se često naziva amonijak i nalazi se u svakom kompletu prve pomoći. Amonijak je spoj vodika i dušika i ima racionalnu formulu NH3. Razmotrimo hemijsku reakciju koja se događa kada se amonijak otopi u vodi:
NH3 + H2O<=>NH4^+ + OH^-
Ista stvar, ali koristeći strukturne formule:
H|N<`/H>\H + H-O-H<=>H|N^+<_(A75,w+)H><_(A15,d+)H>`/H + O`^-# -H
Na desnoj strani vidimo dva jona. Nastali su kao rezultat prelaska jednog atoma vodika od molekule vode do molekule amonijaka. Ali ovaj atom se kretao bez svog elektrona. Anjon nam je već poznat - to je hidroksidni jon. I kation se zove amonijum. Pokazuje svojstva slična metalima. Na primjer, može se kombinirati s kiselim ostatkom. Supstanca nastala spajanjem amonijaka sa karbonatnim anjonom naziva se amonijum karbonat: (NH4)2CO3.
Evo jednadžbe reakcije za interakciju amonijaka s karbonatnim anionom, napisane u obliku strukturnih formula:
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>`|H
Ali u ovom obliku jednačina reakcije je data u svrhu demonstracije. Obično se u jednadžbama koriste racionalne formule:
2NH4^+ + CO3^2-<=>(NH4)2CO3
Sistem brda
Dakle, možemo pretpostaviti da smo već proučavali strukturne i racionalne formule. Ali postoji još jedno pitanje koje vrijedi detaljnije razmotriti. Po čemu se bruto formule razlikuju od racionalnih?
Znamo zašto se racionalna formula ugljične kiseline piše H2CO3, a ne na neki drugi način. (Prva su dva vodonikova kationa, a zatim karbonatni anion.) Ali zašto je bruto formula napisana CH2O3?
U principu, racionalna formula ugljične kiseline može se smatrati pravom formulom, jer nema ponavljajućih elemenata. Za razliku od NH4OH ili Ca(OH)2.
Ali dodatno pravilo se vrlo često primjenjuje na bruto formule, koje određuje redoslijed elemenata. Pravilo je prilično jednostavno: prvo se stavlja ugljik, zatim vodik, a zatim preostali elementi po abecednom redu.
Tako izlazi CH2O3 - ugljenik, vodonik, kiseonik. Ovo se zove Hill sistem. Koristi se u gotovo svim hemijskim referencama. I u ovom članku također.
Malo o easyChem sistemu
Umjesto zaključka, želio bih govoriti o easyChem sistemu. Dizajniran je tako da se sve formule o kojima smo ovdje govorili lako mogu umetnuti u tekst. Zapravo, sve formule u ovom članku su nacrtane pomoću easyChem-a.
Zašto nam uopšte treba neka vrsta sistema za izvođenje formula? Stvar je u tome što je standardni način prikazivanja informacija u internet pretraživačima hipertekstualni jezik za označavanje (HTML). Fokusiran je na obradu tekstualnih informacija.
Racionalne i grube formule mogu se prikazati pomoću teksta. Čak se i neke pojednostavljene strukturne formule mogu napisati u tekstu, na primjer alkohol CH3-CH2-OH. Iako biste za ovo morali koristiti sljedeći unos u HTML-u: CH 3-CH 2-Oh.
To naravno stvara određene poteškoće, ali s njima možete živjeti. Ali kako opisati strukturnu formulu? U principu, možete koristiti monospace font:
H H | | H-C-C-O-H | | H H Naravno da ne izgleda baš lijepo, ali je i izvodljivo.
Pravi problem nastaje kada pokušavate da nacrtate benzenske prstenove i kada koristite skeletne formule. Ne preostaje drugi način osim povezivanja rasterske slike. Rasteri se pohranjuju u zasebne datoteke. Preglednici mogu uključiti slike u gif, png ili jpeg formatu.
Za kreiranje takvih datoteka potreban je grafički uređivač. Na primjer, Photoshop. Ali ja sam upoznat sa Photoshopom više od 10 godina i sa sigurnošću mogu reći da je vrlo slabo prikladan za prikazivanje hemijskih formula.
Molekularni urednici se mnogo bolje nose s ovim zadatkom. Ali s velikim brojem formula, od kojih je svaka pohranjena u zasebnoj datoteci, vrlo je lako zbuniti se u njima.
Na primjer, broj formula u ovom članku je . Prikazuju se u obliku grafičkih slika (ostale koriste HTML alate).
EasyChem sistem vam omogućava da pohranite sve formule direktno u HTML dokument u tekstualnom obliku. Po mom mišljenju, ovo je veoma zgodno.
Osim toga, bruto formule u ovom članku izračunavaju se automatski. Jer easyChem radi u dvije faze: prvo se tekstualni opis pretvara u informacijsku strukturu (graf), a zatim se na ovoj strukturi mogu izvoditi razne akcije. Među njima se mogu uočiti sljedeće funkcije: izračunavanje molekularne težine, konverzija u bruto formulu, provjera mogućnosti izlaza kao tekst, grafički i tekstualni prikaz.
Stoga sam za pripremu ovog članka koristio samo uređivač teksta. Štaviše, nisam morao razmišljati o tome koja će formula biti grafička, a koja tekstualna.
Evo nekoliko primjera koji otkrivaju tajnu pripreme teksta članka: Opisi iz lijeve kolone se automatski pretvaraju u formule u drugoj koloni.
U prvom redu, opis racionalne formule je vrlo sličan prikazanom rezultatu. Jedina razlika je u tome što su numerički koeficijenti prikazani interlinearno.
U drugom redu, proširena formula je data u obliku tri odvojena lanca odvojena simbolom; Mislim da je lako uočiti da tekstualni opis na mnogo načina podsjeća na radnje koje bi bile potrebne da se formula prikaže olovkom na papiru.
Treći red pokazuje upotrebu kosih linija pomoću simbola \ i /. Znak ` (povratak) znači da je linija povučena s desna na lijevo (ili odozdo prema gore).
Ovdje postoji mnogo detaljnija dokumentacija o korištenju easyChem sistema.
Dozvolite mi da završim ovaj članak i poželim vam puno sreće u učenju hemije.
