Περίληψη με θέμα:
Χημική φόρμουλα
Χημική φόρμουλα- αντανάκλαση πληροφοριών σχετικά με τη σύνθεση και τη δομή των ουσιών χρησιμοποιώντας χημικά σύμβολα, αριθμούς και διαχωριστικά σημεία - παρενθέσεις.
Η σύνθεση των μορίων των σύνθετων ουσιών εκφράζεται χρησιμοποιώντας χημικούς τύπους.
Με βάση τον χημικό τύπο, μπορεί να δοθεί το όνομα της ουσίας.
Ο χημικός τύπος σημαίνει:
- 1 μόριο ή 1 μόριο ουσίας.
- ποιοτική σύνθεση (από ποια χημικά στοιχεία αποτελείται η ουσία).
- ποσοτική σύνθεση (πόσα άτομα από κάθε στοιχείο περιέχει ένα μόριο μιας ουσίας).
- Ο τύπος HNO3 σημαίνει:
- νιτρικό οξύ;
- 1 μόριο νιτρικού οξέος ή 1 μόριο νιτρικού οξέος.
- ποιοτική σύνθεση: το μόριο νιτρικού οξέος αποτελείται από υδρογόνο, άζωτο και οξυγόνο.
- ποσοτική σύνθεση: ένα μόριο νιτρικού οξέος περιέχει ένα άτομο του στοιχείου υδρογόνο, ένα άτομο του στοιχείου άζωτο, τρία άτομα του στοιχείου οξυγόνο.
Είδη
Επί του παρόντος, διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι χημικών τύπων:
- Η πιο απλή φόρμουλα. Μπορεί να ληφθεί πειραματικά με τον προσδιορισμό της αναλογίας των χημικών στοιχείων σε μια ουσία χρησιμοποιώντας τις τιμές ατομικής μάζας των στοιχείων. Έτσι, ο απλούστερος τύπος νερού θα είναι H 2 O και ο απλούστερος τύπος του βενζολίου CH (σε αντίθεση με το C 6 H 6 - αληθές, βλέπε παρακάτω). Τα άτομα στους τύπους υποδεικνύονται με τα σημάδια των χημικών στοιχείων και οι σχετικές ποσότητες υποδεικνύονται με αριθμούς σε μορφή δείκτη.
- Αληθινή Φόρμουλα. Μπορεί να ληφθεί εάν είναι γνωστό το μοριακό βάρος της ουσίας. Ο αληθινός τύπος του νερού είναι H 2 O, ο οποίος συμπίπτει με τον απλούστερο. Ο πραγματικός τύπος του βενζολίου είναι C 6 H 6, ο οποίος διαφέρει από τον απλούστερο. Οι αληθινοί τύποι ονομάζονται επίσης ακαθάριστοι τύποι ή εμπειρικοί. Αντικατοπτρίζουν τη σύνθεση, αλλά όχι τη δομή, των μορίων μιας ουσίας. Ο αληθινός τύπος δείχνει τον ακριβή αριθμό των ατόμων κάθε στοιχείου σε ένα μόριο. Αυτή η ποσότητα αντιστοιχεί σε έναν δείκτη - έναν μικρό αριθμό μετά το σύμβολο του αντίστοιχου στοιχείου. Εάν ο δείκτης είναι 1, δηλαδή υπάρχει μόνο ένα άτομο ενός δεδομένου στοιχείου στο μόριο, τότε ένας τέτοιος δείκτης δεν υποδεικνύεται.
- Ορθολογική φόρμουλα. Οι ορθολογικοί τύποι υπογραμμίζουν ομάδες ατόμων χαρακτηριστικών κατηγοριών χημικών ενώσεων. Για παράδειγμα, για τις αλκοόλες εκχωρείται η ομάδα -ΟΗ. Όταν γράφουμε έναν ορθολογικό τύπο, τέτοιες ομάδες ατόμων περικλείονται σε παρενθέσεις (ΟΗ). Ο αριθμός των επαναλαμβανόμενων ομάδων υποδεικνύεται με αριθμούς σε μορφή δείκτη, οι οποίοι τοποθετούνται αμέσως μετά την αγκύλη κλεισίματος. Οι τετράγωνες αγκύλες χρησιμοποιούνται για να αντικατοπτρίζουν τη δομή σύνθετων ενώσεων. Για παράδειγμα, το K4 είναι εξακυανοκοβαλτοϊκό κάλιο. Οι ορθολογικοί τύποι βρίσκονται συχνά σε ημι-διογκωμένη μορφή, όταν ορισμένα από τα ίδια άτομα εμφανίζονται χωριστά για να αντικατοπτρίζουν καλύτερα τη δομή του μορίου μιας ουσίας.
- Δομικός τύπος. Δείχνει γραφικά τη σχετική διάταξη των ατόμων σε ένα μόριο. Οι χημικοί δεσμοί μεταξύ των ατόμων υποδεικνύονται με γραμμές. Υπάρχουν τύποι δισδιάστατων (2D) και τρισδιάστατων (3D). Οι δισδιάστατες είναι μια αντανάκλαση της δομής της ύλης σε ένα επίπεδο. Οι τρισδιάστατες καθιστούν δυνατή την αναπαράσταση της σύστασης, της σχετικής θέσης, των συνδέσεων και των αποστάσεων μεταξύ των ατόμων πιο κοντά στα θεωρητικά μοντέλα της δομής της ύλης.
- Αιθανόλη
- Ο απλούστερος τύπος είναι το C 2 H 6 O
- Αληθινός, εμπειρικός ή χονδρικός τύπος: C 2 H 6 O
- Ορθολογικός τύπος: C 2 H 5 OH
- Ορθολογικός τύπος σε ημι-διογκωμένη μορφή: CH 3 CH 2 OH
- Δομικός τύπος (2D):
Υπάρχουν άλλοι τρόποι για να γράψετε χημικούς τύπους. Νέες μέθοδοι εμφανίστηκαν στα τέλη της δεκαετίας του 1980 με την ανάπτυξη της τεχνολογίας των προσωπικών υπολογιστών (SMILES, WLN, ROSDAL, SLN κ.λπ.). Οι προσωπικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν επίσης ειδικό λογισμικό που ονομάζεται molecular editors για να εργαστούν με χημικούς τύπους.
Σημειώσεις
- 1 2 3 Βασικές έννοιες της χημείας - de.gubkin.ru/chemistry/ch1-th/node6.html
Αυτή η περίληψη βασίζεται σε ένα άρθρο από τη ρωσική Wikipedia. Ο συγχρονισμός ολοκληρώθηκε 07/10/11 17:38:37
Παρόμοιες περιλήψεις:
· Σχετικά άρθρα ·
Επί του παρόντος, διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι χημικών τύπων:
- Η πιο απλή φόρμουλα. Μπορεί να ληφθεί πειραματικά προσδιορίζοντας την αναλογία των χημικών στοιχείων σε μια ουσία χρησιμοποιώντας τις τιμές ατομικής μάζας των στοιχείων. Έτσι, ο απλούστερος τύπος νερού θα είναι H 2 O και ο απλούστερος τύπος του βενζολίου CH (σε αντίθεση με το C 6 H 6 - αληθές, βλέπε παρακάτω). Τα άτομα στους τύπους υποδεικνύονται με τα σημάδια των χημικών στοιχείων και οι σχετικές ποσότητες υποδεικνύονται με αριθμούς σε μορφή δείκτη.
- Συνοπτικός τύπος. Διαφορετικοί συγγραφείς μπορεί να χρησιμοποιήσουν αυτόν τον όρο για να σημαίνει το πιο απλό, αληθήςή λογικόςΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΙ τυποι
- Αληθινή Φόρμουλα. Μπορεί να ληφθεί εάν είναι γνωστό το μοριακό βάρος της ουσίας. Ο αληθινός τύπος του νερού είναι H 2 O, ο οποίος συμπίπτει με τον απλούστερο. Ο πραγματικός τύπος του βενζολίου είναι C 6 H 6, ο οποίος διαφέρει από τον απλούστερο. Οι αληθινοί τύποι ονομάζονται επίσης ακαθάριστους τύπους. Αντικατοπτρίζουν τη σύνθεση, αλλά όχι τη δομή, των μορίων μιας ουσίας. Ο αληθινός τύπος δείχνει τον ακριβή αριθμό των ατόμων κάθε στοιχείου σε ένα μόριο. Αυτή η ποσότητα αντιστοιχεί σε έναν δείκτη - έναν μικρό αριθμό μετά το σύμβολο του αντίστοιχου στοιχείου. Εάν ο δείκτης είναι 1, δηλαδή υπάρχει μόνο ένα άτομο ενός δεδομένου στοιχείου στο μόριο, τότε ένας τέτοιος δείκτης δεν υποδεικνύεται.
- Ορθολογική φόρμουλα. Οι ορθολογικοί τύποι υπογραμμίζουν ομάδες ατόμων χαρακτηριστικών κατηγοριών χημικών ενώσεων. Για παράδειγμα, για τις αλκοόλες εκχωρείται η ομάδα -ΟΗ. Όταν γράφουμε έναν ορθολογικό τύπο, τέτοιες ομάδες ατόμων περικλείονται σε παρενθέσεις (ΟΗ). Ο αριθμός των επαναλαμβανόμενων ομάδων υποδεικνύεται με αριθμούς σε μορφή δείκτη, οι οποίοι τοποθετούνται αμέσως μετά την αγκύλη κλεισίματος. Οι τετράγωνες αγκύλες χρησιμοποιούνται για να αντικατοπτρίζουν τη δομή σύνθετων ενώσεων. Για παράδειγμα, το K4 είναι εξακυανοκοβαλτικό κάλιο. Οι ορθολογικοί τύποι βρίσκονται συχνά σε ημι-διογκωμένη μορφή, όταν μερικά από τα ίδια άτομα εμφανίζονται χωριστά για να αντικατοπτρίζουν καλύτερα τη δομή του μορίου μιας ουσίας.
- Δομικός τύπος. Δείχνει γραφικά τη σχετική διάταξη των ατόμων σε ένα μόριο. Οι χημικοί δεσμοί μεταξύ των ατόμων υποδεικνύονται με γραμμές. Υπάρχουν τύποι δισδιάστατων (2D) και τρισδιάστατων (3D). Οι δισδιάστατες είναι μια αντανάκλαση της δομής της ύλης σε ένα επίπεδο. Οι τρισδιάστατες καθιστούν δυνατή την αναπαράσταση της σύστασης, της σχετικής θέσης, των συνδέσεων και των αποστάσεων μεταξύ των ατόμων πιο κοντά στα θεωρητικά μοντέλα της δομής της ύλης.
- Αιθανόλη
- Ο απλούστερος τύπος είναι το C 2 H 6 O
- Αληθινός, εμπειρικός ή χονδρικός τύπος: C 2 H 6 O
- Ορθολογικός τύπος: C 2 H 5 OH
- Ορθολογικός τύπος σε ημι-διογκωμένη μορφή: CH 3 CH 2 OH
- Δομικός τύπος (2D):
Υπάρχουν άλλοι τρόποι για να γράψετε χημικούς τύπους. Νέες μέθοδοι εμφανίστηκαν στα τέλη της δεκαετίας του 1980 με την ανάπτυξη της τεχνολογίας των προσωπικών υπολογιστών (SMILES, WLN, ROSDAL, SLN κ.λπ.). Οι προσωπικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν επίσης ειδικό λογισμικό που ονομάζεται molecular editors για να εργαστούν με χημικούς τύπους.
Ακαθάριστοι, δομικοί και ηλεκτρονικοί τύποι ενώσεων
Το δεύτερο αξίωμα του Vutlerov. Η χημική αντιδραστικότητα ορισμένων ομάδων ατόμων εξαρτάται σημαντικά από το χημικό τους περιβάλλον, δηλαδή από το ποια άτομα ή ομάδες ατόμων γειτνιάζει μια συγκεκριμένη ομάδα.
Οι τύποι των ενώσεων που χρησιμοποιήσαμε στη μελέτη της ανόργανης χημείας αντικατοπτρίζουν μόνο τον αριθμό των ατόμων ενός συγκεκριμένου στοιχείου στο μόριο. Τέτοιοι τύποι ονομάζονται «ακαθάριστοι τύποι» ή «μοριακοί τύποι».
Όπως προκύπτει από το πρώτο αξίωμα του Vutlerov, στην οργανική χημεία δεν είναι μόνο ο αριθμός ορισμένων ατόμων σε ένα μόριο που είναι σημαντικός, αλλά και η σειρά δέσμευσής τους, δηλαδή, δεν είναι πάντα σκόπιμο να χρησιμοποιούνται ακαθάριστοι τύποι για οργανικές ενώσεις. Για παράδειγμα, για λόγους σαφήνειας, κατά την εξέταση της δομής του μορίου μεθανίου, χρησιμοποιήσαμε δομικούς τύπους - μια σχηματική αναπαράσταση της σειράς σύνδεσης των ατόμων σε ένα μόριο. Όταν απεικονίζονται δομικοί τύποι, ένας χημικός δεσμός συμβολίζεται με μια παύλα, ένας διπλός δεσμός με δύο παύλες κ.λπ.
Ο ηλεκτρονικός τύπος (ή τύπος Lewis) μοιάζει πολύ με τον δομικό τύπο, αλλά σε αυτή την περίπτωση δεν αναπαρίστανται οι σχηματισμένοι δεσμοί, αλλά τα ηλεκτρόνια, τόσο αυτά που σχηματίζουν δεσμό όσο και αυτά που δεν σχηματίζουν.
Για παράδειγμα, το θειικό οξύ, που έχει ήδη συζητηθεί, μπορεί να γραφτεί χρησιμοποιώντας τους ακόλουθους τύπους. Ο ακαθάριστος τύπος είναι H 2 80 4, οι δομικοί και ηλεκτρονικοί τύποι είναι οι εξής:
Δομικοί τύποι ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ
Σχεδόν όλες οι οργανικές ουσίες αποτελούνται από μόρια, η σύνθεση των οποίων εκφράζεται με χημικούς τύπους, για παράδειγμα CH 4, C 4 H 10, C 2 H 4 O 2. Τι δομή έχουν τα μόρια των οργανικών ουσιών; Οι ιδρυτές της οργανικής χημείας, F. Kekule και A. M. Vutlerov, έθεσαν αυτό το ερώτημα στους εαυτούς τους στα μέσα του 19ου αιώνα. Μελετώντας τη σύνθεση και τις ιδιότητες διαφόρων οργανικών ουσιών, κατέληξαν στα ακόλουθα συμπεράσματα:
Τα άτομα σε μόρια οργανικών ουσιών συνδέονται με χημικούς δεσμούς σε μια ορισμένη σειρά, ανάλογα με το σθένος τους. Αυτή η ακολουθία συνήθως ονομάζεται χημική δομή.
Τα άτομα άνθρακα σε όλες τις οργανικές ενώσεις είναι μονοσθενή και άλλα στοιχεία παρουσιάζουν τα χαρακτηριστικά τους σθένη.
Αυτή η θέση είναι η βάση της θεωρίας της δομής των οργανικών ενώσεων, που διατυπώθηκε από τον O. M. Butlerov το 1861.
Η χημική δομή των οργανικών ενώσεων απεικονίζεται οπτικά με δομικούς τύπους, στους οποίους οι χημικοί δεσμοί μεταξύ των ατόμων υποδεικνύονται με παύλες. Ο συνολικός αριθμός γραμμών που εκτείνονται από το σύμβολο κάθε στοιχείου είναι ίσος με το ατομικό του σθένος. Οι πολλαπλοί δεσμοί αντιπροσωπεύονται από δύο ή τρεις παύλες.
Χρησιμοποιώντας το παράδειγμα του κορεσμένου υδρογονάνθρακα προπανίου C 3 H 8, ας εξετάσουμε πώς να συνθέσουμε τον δομικό τύπο μιας οργανικής ουσίας.
1. Σχεδιάστε έναν σκελετό άνθρακα. Σε αυτή την περίπτωση, η αλυσίδα αποτελείται από τρία άτομα άνθρακα:
S-S-ΜΕ
2. Ο άνθρακας είναι τετρασθενής, επομένως απεικονίζουμε ανεπαρκή χαρακτηριστικά από κάθε άτομο άνθρακα με τέτοιο τρόπο ώστε να υπάρχουν τέσσερα χαρακτηριστικά δίπλα σε κάθε άτομο:
3. Προσθέστε τα σύμβολα των ατόμων υδρογόνου:
Συχνά οι δομικοί τύποι γράφονται σε συντομευμένη μορφή, χωρίς να απεικονίζουν τον δεσμό C - H. Οι συντετμημένοι δομικοί τύποι είναι πολύ πιο συμπαγείς από τους διευρυμένους:
CH 3 - CH 2 - CH 3.
Οι δομικοί τύποι δείχνουν μόνο την αλληλουχία των συνδέσεων των ατόμων, αλλά δεν αντικατοπτρίζουν τη χωρική δομή των μορίων, ιδιαίτερα τις γωνίες δεσμών. Είναι γνωστό, για παράδειγμα, ότι η γωνία μεταξύ των δεσμών C στο προπάνιο είναι 109,5°. Ωστόσο, ο δομικός τύπος του προπανίου φαίνεται ότι αυτή η γωνία είναι 180°. Επομένως, θα ήταν πιο σωστό να γράψουμε τον δομικό τύπο του προπανίου σε μια λιγότερο βολική, αλλά πιο αληθινή μορφή:
Οι επαγγελματίες χημικοί χρησιμοποιούν τους ακόλουθους δομικούς τύπους, στους οποίους δεν εμφανίζονται καθόλου άτομα άνθρακα ούτε άτομα υδρογόνου, αλλά μόνο ο σκελετός άνθρακα απεικονίζεται με τη μορφή διασυνδεδεμένων δεσμών C-C, καθώς και λειτουργικών ομάδων. Για να διασφαλιστεί ότι η ραχοκοκαλιά δεν μοιάζει με μια συνεχή γραμμή, οι χημικοί δεσμοί απεικονίζονται υπό γωνία μεταξύ τους. Έτσι, στο μόριο προπανίου C 3 H 8 υπάρχουν μόνο δύο δεσμοί C-C, επομένως το προπάνιο αντιπροσωπεύεται από δύο παύλες.
Ομόλογες σειρές οργανικών ενώσεων
Ας εξετάσουμε τους συντακτικούς τύπους δύο ενώσεων της ίδιας κατηγορίας, για παράδειγμα αλκοολών:
Τα μόρια των αλκοολών μεθυλ CH 3 OH και αιθυλίου C 2 H 5 OH έχουν την ίδια λειτουργική ομάδα ΟΗ, κοινή σε ολόκληρη την κατηγορία των αλκοολών, αλλά διαφέρουν ως προς το μήκος του σκελετού άνθρακα: στην αιθανόλη υπάρχει ένα ακόμη άτομο άνθρακα. Συγκρίνοντας τους δομικούς τύπους, μπορεί κανείς να παρατηρήσει ότι όταν η αλυσίδα άνθρακα αυξάνεται κατά ένα άτομο άνθρακα, η σύνθεση της ουσίας αλλάζει σε μια ομάδα CH 2, όταν η αλυσίδα άνθρακα επιμηκύνεται κατά δύο άτομα - σε δύο ομάδες CH 2 κ.λπ.
Οι ενώσεις της ίδιας κατηγορίας, που έχουν παρόμοια δομή, αλλά διαφέρουν στη σύνθεση κατά μία ή περισσότερες ομάδες CH 2, ονομάζονται ομόλογα.
Η ομάδα CH 2 ονομάζεται ομόλογη διαφορά. Το σύνολο όλων των ομολόγων σχηματίζει μια ομολογική σειρά. Η μεθανόλη και η αιθανόλη ανήκουν στην ομόλογη σειρά αλκοολών. Όλες οι ουσίες της ίδιας σειράς έχουν παρόμοιες χημικές ιδιότητες και η σύστασή τους μπορεί να εκφραστεί με έναν γενικό τύπο. Για παράδειγμα, ο γενικός τύπος της ομόλογης σειράς αλκοολών είναι C n H 2 n +1 VON, όπου n - φυσικός αριθμός.
|
Κατηγορία σύνδεσης |
Γενικός τύπος |
Γενικός τύπος που επισημαίνει τη λειτουργική ομάδα |
|
Αλκάνια |
C n H 2 n + 2 |
|
|
Κυκλοαλκάνη |
C n H 2 n |
|
|
Αλκένια |
C n H 2 n |
|
|
Αλκαδιένη |
C n H 2 n-2 |
|
|
Αλκίνι |
C n H 2 n-2 |
|
|
Μονοπυρηνικές αρένες (ομόλογες σειρές με το βενζόλιο) |
C n H 2 n-6 |
|
|
Οινοπνεύματα μονοατομικά |
C n H 2 n + 2 V |
C n H 2 n +1 V H |
|
Πολυϋδρικές αλκοόλες |
C n H 2 n + 2 O x |
C n H 2 n + 2-x (B H) x |
|
Αλδεΰδες |
C n H 2 n B |
C n H 2 n +1 CHO |
|
Μονοβασικά καρβοξυλικά οξέα |
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 |
|
Υδατάνθρακες |
C n (H 2 O) m |
|
|
Πρωτοταγείς αμίνες |
C n H 2 n + 3 N |
C n H 2 n + 1 NH 2 |
|
Αμινοξέα |
C n H 2 n +1 NO |
H 2 NC n H 2n COOH |
Ο ακαθάριστος τύπος της ουσίας και η μετατροπή της σε τολουόλιο δείχνουν ότι πρόκειται για μεθυλκυκλοεξαδιένιο. Είναι ικανό να προσθέτει ελαϊκό ανυδρίτη, ο οποίος είναι χαρακτηριστικός για συζευγμένα διένια.
Ο ακαθάριστος τύπος μιας ουσίας προσδιορίζεται αξιόπιστα μόνο με συνδυασμό στοιχειακής ανάλυσης με τον προσδιορισμό του μοριακού βάρους.
Ο προσδιορισμός του ακαθάριστου τύπου μιας ουσίας απαιτεί επομένως ανάλυση ομόλογων σειρών ιόντων θραυσμάτων και χαρακτηριστικών διαφορών.
Πώς προσδιορίζεται ο ακαθάριστος τύπος μιας ουσίας;
Εκτός από το φάσμα PMR και τον ακαθάριστο τύπο μιας ουσίας, για τον καθορισμό του δομικού τύπου, υπάρχουν δεδομένα για τη φύση ή την προέλευσή της, χωρίς τα οποία θα ήταν αδύνατη μια σαφής ερμηνεία του φάσματος.
Στην αρχή κάθε άρθρου δίνεται ο ακαθάριστος τύπος της ουσίας, η ονομασία της και ο δομικός τύπος. Η αναζήτηση για την απαιτούμενη ουσία στον κατάλογο πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας έναν γνωστό ακαθάριστο τύπο και ευρετήριο τύπου ή με ένα γνωστό όνομα και αλφαβητικό ευρετήριο που βρίσκεται στο τέλος του καταλόγου.
Η πρώτη στήλη όλων των πινάκων δίνει τον ακαθάριστο τύπο της ουσίας, η επόμενη στήλη δείχνει τον χημικό τύπο της. Στη συνέχεια υποδεικνύεται η θερμοκρασία στην οποία έγιναν οι μετρήσεις. Για τα αλογόνα (εκτός από ιώδιο), δίνονται μόνο δεδομένα που λαμβάνονται στην τυπική θερμοκρασία NQR υγρού αζώτου (77 K) - Τα δεδομένα για άλλες θερμοκρασίες δίδονται ελλείψει μετρήσεων στους 77 K, που καθορίζεται στις σημειώσεις.
Οι μέθοδοι φασματομετρίας μάζας χρησιμοποιούνται για την αναγνώριση ουσιών, τον προσδιορισμό των ακαθάριστων τύπων των ουσιών και τη χημική τους δομή. Σημαντικά για τη χημεία είναι τέτοια φυσικά χαρακτηριστικά όπως το δυναμικό ιονισμού και η ενέργεια θραύσης των χημικών δεσμών.
Για να βρείτε οποιαδήποτε ένωση στον δείκτη του τύπου, πρέπει πρώτα να υπολογίσετε τον ακαθάριστο τύπο της ουσίας και να τακτοποιήσετε τα στοιχεία σύμφωνα με το σύστημα Hill: για ανόργανες ουσίες με αλφαβητική σειρά, για παράδειγμα H3O4P (φωσφορικό οξύ), CuO4S (θειικός χαλκός), O7P2Zn2 (πυροφωσφορικός ψευδάργυρος) κ.λπ.
Για να βρείτε οποιαδήποτε ένωση στον δείκτη του τύπου, πρέπει πρώτα να υπολογίσετε τον ακαθάριστο τύπο της ουσίας και να τακτοποιήσετε τα στοιχεία σύμφωνα με το σύστημα Hill: για ανόργανες ουσίες με αλφαβητική σειρά, για παράδειγμα H3O4P (φωσφορικό οξύ), CuO4S (θειικός χαλκός), O7P2Zn2 (πυροφωσφορικός ψευδάργυρος) κ.λπ.
Οι δυνατότητες της φασματομετρίας μάζας χαμηλής ανάλυσης δεν επιτρέπουν τον διαχωρισμό του δεύτερου και του τρίτου σταδίου αναγνώρισης ομάδας και ο προσδιορισμός του ακαθάριστου τύπου μιας ουσίας πραγματοποιείται ταυτόχρονα με τον περιορισμό του αριθμού των πιθανών επιλογών για την ανάθεσή της σε συγκεκριμένες ομόλογες σειρές. Εξ ορισμού, μια ομόλογη ομάδα ενώνει μια σειρά από ενώσεις των οποίων οι μαζικοί αριθμοί είναι συγκρίσιμοι με το modulo 14, συμπεριλαμβανομένων των ισοβαρών. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ισοβαρικές ενώσεις διαφορετικών σειρών έχουν παρόμοια μοτίβα κατακερματισμού, γεγονός που εκδηλώνεται στην ομοιότητα των φασμάτων μάζας χαμηλής ανάλυσης τους.
Η μάζα του μοριακού ιόντος (180 1616) μετράται με υψηλή ακρίβεια, γεγονός που σας επιτρέπει να προσδιορίσετε αμέσως τον ακαθάριστο τύπο της ουσίας.
Με βάση τα παραπάνω, στη στοιχειακή ανάλυση οργανικών ενώσεων, έχουν προταθεί μέθοδοι χωρίς βάρος για τον προσδιορισμό της στοιχειομετρίας των μορίων που χαρακτηρίζουν τον ακαθάριστο τύπο μιας ουσίας. Βασικά, αυτές οι μέθοδοι προορίζονται για τον προσδιορισμό της στοιχειομετρίας των οργανογόνων στοιχείων: άνθρακα, υδρογόνου και αζώτου. Βασίζονται στη σύγκριση των αναλυτικών σημάτων των προϊόντων ανοργανοποίησης ενός δείγματος ουσίας. Τέτοια σήματα περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, τις περιοχές των χρωματογραφικών κορυφών, τους όγκους του τιτλοδοτούμενου κοινού σε δύο στοιχεία, κ.λπ. Έτσι, είναι δυνατό να λειτουργήσει χωρίς ισορροπίες με μικρο- και υπερ-μικρο-ποσότητες.
Η ποσοτική ανάλυση πολυμερών περιλαμβάνει τα ακόλουθα ερωτήματα: 1) ποσοτική στοιχειακή ανάλυση, η οποία καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό του ακαθάριστου τύπου μιας ουσίας. 2) προσδιορισμός του αριθμού των λειτουργικών και τερματικών ομάδων σε πολυμερείς αλυσίδες. 3) ορισμός μολ.
Οι ακριβείς τιμές μοριακού βάρους μπορούν να ληφθούν από τα φάσματα μάζας και να χρησιμεύσουν ως βάση για ορισμένες εναλλακτικές υποθέσεις σχετικά με τον ακαθάριστο τύπο μιας ουσίας, την ποιοτική και ποσοτική της σύνθεση. Έτσι, συγκεκριμένα, ένα περιττό μοριακό βάρος μπορεί να χρησιμεύσει ως απόδειξη της παρουσίας σε ένα μόριο ενός (τρία, πέντε, γενικά περιττό αριθμό) ατόμου αζώτου: το άζωτο είναι το μόνο οργανογόνο στοιχείο με περιττό σθένος με ζυγό άτομο. Αντίθετα, ένα ομοιόμορφο μοριακό βάρος υποδηλώνει την απουσία αζώτου ή την πιθανότητα ζυγού αριθμού ατόμων αζώτου. Έτσι, για παράδειγμα, μια οργανική ουσία με M 68 μπορεί να έχει μόνο τρεις ακαθάριστους τύπους: CsHs, 4 6 ή C3H, και η λήψη τους υπόψη θα διευκολύνει σημαντικά την ερμηνεία των φασματικών δεδομένων και την τελική επιλογή δομής.
Ακόμη πιο πολύτιμη πηγή των απαραίτητων πρόσθετων πληροφοριών είναι τα δεδομένα της ποσοτικής (στοιχειακής) ανάλυσης, η οποία, σε συνδυασμό με τον προσδιορισμό του μοριακού βάρους, καθιστά δυνατό τον καθορισμό του ακαθάριστου τύπου μιας ουσίας.
Ακόμη πιο πολύτιμη πηγή των απαραίτητων πρόσθετων πληροφοριών είναι τα δεδομένα της ποσοτικής (στοιχειακής) ανάλυσης, η οποία, σε συνδυασμό με τον προσδιορισμό του μοριακού βάρους, καθιστά δυνατό τον καθορισμό του ακαθάριστου τύπου μιας ουσίας. Οι κλασικές (χημικές) μέθοδοι για τον καθορισμό του ακαθάριστου τύπου αντικαθίστανται τώρα όλο και περισσότερο από μεθόδους φασματομετρίας μάζας, που βασίζονται στην ακριβή μέτρηση της έντασης των ισοτοπικών γραμμών μοριακών ιόντων ή στην πολύ ακριβή μέτρηση των αριθμών μάζας σε φασματόμετρα υψηλής ανάλυσης.
Ακόμη πιο πολύτιμη πηγή απαραίτητων πρόσθετων πληροφοριών είναι τα δεδομένα της ποσοτικής (στοιχειακής) ανάλυσης, η οποία, σε συνδυασμό με τον προσδιορισμό του μοριακού βάρους, επιτρέπει σε κάποιον να προσδιορίσει τον ακαθάριστο τύπο μιας ουσίας.
Λάβετε υπόψη ότι αυτή είναι μια σπάνια περίπτωση όταν ο ακαθάριστος τύπος αντιστοιχεί σε μία ουσία. Συνήθως, με βάση αυτά τα δεδομένα, μπορούμε να αναφέρουμε μόνο τον ακαθάριστο τύπο μιας ουσίας, αλλά όχι τον δομικό τύπο. Και συχνά δεν μπορούμε καν να συσχετίσουμε μια ουσία με μια συγκεκριμένη κατηγορία. Για να ληφθεί ο δομικός τύπος μιας ουσίας, απαιτούνται πρόσθετα δεδομένα για τις χημικές ιδιότητες αυτής της ουσίας.
Η στοιχειακή ανάλυση χρησιμοποιείται για τον ποσοτικό προσδιορισμό οργανικών και οργανοστοιχειακών ενώσεων που περιέχουν άζωτο, αλογόνα, θείο, καθώς και αρσενικό, βισμούθιο, υδράργυρο, αντιμόνιο και άλλα στοιχεία. Η στοιχειακή ανάλυση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την ποιοτική επιβεβαίωση της παρουσίας αυτών των στοιχείων στη σύνθεση της υπό δοκιμή ένωσης ή για τον καθορισμό ή την επιβεβαίωση του ακαθάριστου τύπου μιας ουσίας.
Η τελευταία σειρά είναι λιγότερο πιθανή, αφού το πρόσημο της είναι η παρουσία στα φάσματα έντονων κορυφών της 4ης ομόλογης ομάδας, που δεν υπάρχουν στην υπό εξέταση περίπτωση. Η επακόλουθη λεπτομέρεια της εκχώρησης μπορεί να πραγματοποιηθεί με σαφήνεια χρησιμοποιώντας τα φάσματα της σειράς ιόντων (βλ. ενότητα 5.5), ωστόσο, δεδομένης της υψηλής έντασης των κορυφών των μοριακών ιόντων σε αυτό το φάσμα, συνιστάται να διευκρινιστεί ο ακαθάριστος τύπος της ουσίας χρησιμοποιώντας ισοτοπικά σήματα.
Η έννοια της ομολογίας είναι μια από τις πιο σημαντικές στην οργανική χημεία και οι ομολογικές σειρές αποτελούν τη βάση της σύγχρονης ταξινόμησης των οργανικών ενώσεων. Τα ερωτήματα για το εάν οι ενώσεις ανήκουν σε διαφορετικές ομόλογες σειρές είναι πολύ σημαντικά και σχετίζονται, για παράδειγμα, με προβλήματα ισομερισμού στην οργανική χημεία, ιδίως με τη δημιουργία αποτελεσματικών αλγορίθμων για τον προσδιορισμό του αριθμού των πιθανών ισομερών με βάση τον ακαθάριστο τύπο μιας ουσίας χρησιμοποιώντας έναν υπολογιστή.
Σχήμα συλλογής για ποσοτική στοιχειακή ανάλυση. Στη στοιχειακή ανάλυση, υπάρχει μια τάση προς μείωση της χειρωνακτικής εργασίας και αύξηση της ακρίβειας των προσδιορισμών. Η ανάπτυξη της τεχνολογίας οργάνων κατέστησε δυνατή τα τελευταία χρόνια την ανάπτυξη μιας συσκευής για αυτόματη στοιχειακή ανάλυση, στην οποία το διοξείδιο του άνθρακα, το νερό και το άζωτο που σχηματίζονται κατά την καύση ενός δείγματος αποστέλλονται μέσω ρεύματος ηλίου σε έναν αέριο χρωματογράφο που είναι προσαρτημένος στη συσκευή. , με τη βοήθεια των οποίων πραγματοποιείται ο ταυτόχρονος ποσοτικός προσδιορισμός τους. Από την άλλη πλευρά, η χρήση ενός φασματόμετρου μάζας υψηλής ευκρίνειας (βλ. ενότητα 1.1.9.3) καθιστά δυνατό τον απλό προσδιορισμό του ακαθάριστου τύπου μιας ουσίας χωρίς ποσοτική στοιχειακή ανάλυση.
Αναπτύχθηκε ένας διαδραστικός τρόπος λειτουργίας του συστήματος RASTR. Η ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ ενός ατόμου και ενός υπολογιστή πραγματοποιείται μέσω μιας αλφαριθμητικής οθόνης. Το πρόγραμμα κάνει δημοσκοπήσεις στον εργαζόμενο, υποδεικνύοντας ταυτόχρονα τη μορφή της απάντησης. Απαιτούνται πληροφορίες για τους τύπους των διαθέσιμων πειραματικών φασμάτων, τα χαρακτηριστικά και τις φασματικές παραμέτρους τους. Αφού εισαγάγετε όλες τις φασματικές πληροφορίες και τον ακαθάριστο τύπο της ουσίας, ο χειριστής υποδεικνύει τον τρόπο κατασκευής συνεπειών - λογικών σχέσεων μεταξύ των χαρακτηριστικών του φάσματος και της δομής της ένωσης. Ο χειριστής έχει την ευκαιρία να κάνει οποιεσδήποτε αλλαγές σε αυτές: εξαίρεση ή προσθήκη πληροφοριών σε θραύσματα βιβλιοθήκης, κατάργηση οποιωνδήποτε συνεπειών ή προσθήκη νέων. Ως αποτέλεσμα της επίλυσης ενός συστήματος συνεπών λογικών εξισώσεων, σετ θραυσμάτων που ικανοποιούν τα φάσματα και τις χημικές πληροφορίες εμφανίζονται στην οθόνη.
Κατά την χειροκίνητη επεξεργασία φασμάτων μάζας, ένα απαραίτητο στάδιο αναγνώρισης είναι ο προσδιορισμός της κατηγορίας της ουσίας. Αυτό το στάδιο περιλαμβάνεται επίσης, είτε ρητά είτε σιωπηρά, σε πολλούς σύνθετους αλγόριθμους αναγνώρισης που έχουν σχεδιαστεί για υπολογιστές. Μια παρόμοια λειτουργία μπορεί να πραγματοποιηθεί στην περίπτωση που το φάσμα μάζας της ουσίας που προσδιορίζεται δεν ήταν προηγουμένως γνωστό, αλλά τα πρότυπα κατακερματισμού της κατηγορίας των ενώσεων στην οποία ανήκει έχουν μελετηθεί καλά. Αυτό είναι δυνατό με βάση ποιοτικά και ποσοτικά μοτίβα κατακερματισμού κοινά σε μια δεδομένη τάξη ή ομόλογη σειρά. Εάν για ένα άγνωστο συστατικό ήταν δυνατό να καταχωρηθεί μια κορυφή τόσο σημαντική για αναγνώριση όσο η κορυφή ενός μοριακού ιόντος, τότε, σε συνδυασμό με πληροφορίες σχετικά με την κατηγορία της ένωσης, το μοριακό βάρος καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό του ακαθάριστου τύπου του ουσία. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η χρήση ισοτοπικών κορυφών για τον προσδιορισμό του ακαθάριστου τύπου στη χρωματογραφία-φασματομετρική ανάλυση μάζας είναι περιορισμένης σημασίας και είναι δυνατή μόνο με υψηλή ένταση αυτών των κορυφών και την κορυφή του μοριακού ιόντος. Για ορισμένες ομάδες ισομερών αρωματικών και παραφινικών υδρογονανθράκων, έχουν αναπτυχθεί μεμονωμένοι αλγόριθμοι αναγνώρισης, οι οποίοι έχουν κατασκευαστεί λαμβάνοντας υπόψη ορισμένα ποσοτικά χαρακτηριστικά των φασμάτων μάζας τους.
Λοιπόν, για να ολοκληρώσουμε τη γνωριμία μας με τις αλκοόλες, θα δώσω και τη φόρμουλα μιας άλλης γνωστής ουσίας - της χοληστερόλης. Δεν γνωρίζουν όλοι ότι είναι μονοϋδρική αλκοόλη!
|`/`\\`|<`|w>`\`/|<`/w$color(red)HO$color()>\/`|0/`|/\<`|w>|_q_q_q<-dH>:a_q|0<|dH>`/<`|wH>`\|dH; #a_(A-72)<_(A-120,d+)>-/-/<->`\
Σημάδεψα την ομάδα υδροξυλίου σε αυτό με κόκκινο χρώμα.
Καρβοξυλικά οξέα
Κάθε οινοποιός γνωρίζει ότι το κρασί πρέπει να αποθηκεύεται χωρίς πρόσβαση στον αέρα. Διαφορετικά θα ξινίσει. Αλλά οι χημικοί γνωρίζουν τον λόγο - αν προσθέσετε ένα άλλο άτομο οξυγόνου σε μια αλκοόλη, παίρνετε ένα οξύ.Ας δούμε τους τύπους των οξέων που λαμβάνονται από αλκοόλες που είναι ήδη γνωστές σε εμάς:
| Ουσία | Σκελετική φόρμουλα | Ακαθάριστη φόρμουλα | ||
|---|---|---|---|---|
| Μεθανικό οξύ (φορμικό οξύ) |
H/C`|O|\OH | HCOOH | O//\OH | |
| Αιθανοϊκό οξύ (οξικό οξύ) |
H-C-C\O-H; H|#C|H | CH3-COOH | /`|O|\OH | |
| Προπανικό οξύ (μεθυλοξικό οξύ) |
H-C-C-C\O-H; H|#2|H; H|#3|H | CH3-CH2-COOH | \/`|O|\OH | |
| Βουτανοϊκό οξύ (βουτυρικό οξύ) |
H-C-C-C-C\O-H; H|#2|H; H|#3|H; H|#4|H | CH3-CH2-CH2-COOH | /\/`|O|\OH | |
| Γενικευμένη φόρμουλα | (R)-C\O-H | (R)-COOH ή (R)-CO2H | (R)/`|O|\OH |
Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των οργανικών οξέων είναι η παρουσία μιας καρβοξυλικής ομάδας (COOH), η οποία δίνει σε τέτοιες ουσίες όξινες ιδιότητες.
Όποιος έχει δοκιμάσει ξίδι ξέρει ότι είναι πολύ ξινό. Ο λόγος για αυτό είναι η παρουσία οξικού οξέος σε αυτό. Συνήθως το επιτραπέζιο ξύδι περιέχει μεταξύ 3 και 15% οξικό οξύ, με το υπόλοιπο (κυρίως) νερό. Η κατανάλωση οξικού οξέος σε αδιάλυτη μορφή ενέχει κίνδυνο για τη ζωή.
Τα καρβοξυλικά οξέα μπορούν να έχουν πολλαπλές ομάδες καρβοξυλίου. Στην περίπτωση αυτή ονομάζονται: διβασικός, τριβασικόςκαι τα λοιπά...
Τα τρόφιμα περιέχουν πολλά άλλα οργανικά οξέα. Εδώ είναι μερικά μόνο από αυτά:
Το όνομα αυτών των οξέων αντιστοιχεί στα τρόφιμα στα οποία περιέχονται. Παρεμπιπτόντως, σημειώστε ότι εδώ υπάρχουν οξέα που έχουν επίσης μια ομάδα υδροξυλίου, χαρακτηριστική των αλκοολών. Τέτοιες ουσίες ονομάζονται υδροξυκαρβοξυλικά οξέα(ή υδροξυοξέα).
Κάτω, κάτω από κάθε ένα από τα οξέα, υπάρχει μια πινακίδα που προσδιορίζει το όνομα της ομάδας οργανικών ουσιών στην οποία ανήκει.
Ριζοσπάστες
Οι ρίζες είναι μια άλλη έννοια που έχει επηρεάσει τους χημικούς τύπους. Η ίδια η λέξη είναι μάλλον γνωστή σε όλους, αλλά στη χημεία οι ριζοσπάστες δεν έχουν τίποτα κοινό με πολιτικούς, αντάρτες και άλλους πολίτες με ενεργή θέση.
Εδώ αυτά είναι απλώς θραύσματα μορίων. Και τώρα θα καταλάβουμε τι τους κάνει ξεχωριστούς και θα εξοικειωθούμε με έναν νέο τρόπο γραφής χημικών τύπων.
Γενικευμένοι τύποι έχουν ήδη αναφερθεί αρκετές φορές στο κείμενο: αλκοόλες - (R)-OH και καρβοξυλικά οξέα - (R)-COOH. Να σας υπενθυμίσω ότι οι -OH και -COOH είναι λειτουργικές ομάδες. Αλλά το R είναι ριζοσπαστικό. Δεν είναι για τίποτα που απεικονίζεται ως το γράμμα R.
Για να είμαστε πιο συγκεκριμένοι, μια μονοσθενής ρίζα είναι ένα μέρος ενός μορίου που του λείπει ένα άτομο υδρογόνου. Λοιπόν, αν αφαιρέσετε δύο άτομα υδρογόνου, θα έχετε μια δισθενή ρίζα.
Οι ριζοσπάστες στη χημεία έλαβαν τα δικά τους ονόματα. Μερικοί από αυτούς μάλιστα έλαβαν λατινικούς χαρακτηρισμούς παρόμοιους με τους χαρακτηρισμούς των στοιχείων. Και επιπλέον, μερικές φορές σε τύπους οι ρίζες μπορούν να υποδεικνύονται σε συντομευμένη μορφή, που θυμίζει περισσότερο ακαθάριστους τύπους.
Όλα αυτά φαίνονται στον παρακάτω πίνακα.
| Ονομα | Δομικός τύπος | Ονομασία | Σύντομη φόρμουλα | Παράδειγμα αλκοόλ | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Μεθύλιο | CH3-() | Μου | CH3 | (Εγώ)-ΟΧ | CH3OH | |
| Αιθύλιο | CH3-CH2-() | et | C2H5 | (Et)-OH | C2H5OH | |
| έκοψα | CH3-CH2-CH2-() | Πρ | C3H7 | (Πρ)-ΟΗ | C3H7OH | |
| Ισοπροπυλ | H3C\CH(*`/H3C*)-() | i-Pr | C3H7 | (i-Pr)-OH | (CH3)2CHOH | |
| Phenyl | `/`=`\//-\\-{} | Ph | C6H5 | (Ph)-OH | C6H5OH | |
Νομίζω ότι όλα είναι ξεκάθαρα εδώ. Θέλω απλώς να επιστήσω την προσοχή σας στη στήλη όπου δίνονται παραδείγματα αλκοολών. Ορισμένες ρίζες γράφονται με μια μορφή που μοιάζει με τον ακαθάριστο τύπο, αλλά η λειτουργική ομάδα γράφεται χωριστά. Για παράδειγμα, το CH3-CH2-OH μετατρέπεται σε C2H5OH.
Και για διακλαδισμένες αλυσίδες όπως το ισοπροπύλιο, χρησιμοποιούνται δομές με βραχίονες.
Υπάρχει επίσης ένα τέτοιο φαινόμενο όπως ελεύθερες ρίζες. Πρόκειται για ριζοσπάστες που, για κάποιο λόγο, έχουν διαχωριστεί από λειτουργικές ομάδες. Σε αυτήν την περίπτωση, ένας από τους κανόνες με τους οποίους αρχίσαμε να μελετάμε τους τύπους παραβιάζεται: ο αριθμός των χημικών δεσμών δεν αντιστοιχεί πλέον στο σθένος ενός από τα άτομα. Λοιπόν, ή μπορούμε να πούμε ότι μία από τις συνδέσεις γίνεται ανοιχτή στο ένα άκρο. Οι ελεύθερες ρίζες συνήθως ζουν για μικρό χρονικό διάστημα καθώς τα μόρια τείνουν να επανέλθουν σε σταθερή κατάσταση.
Εισαγωγή στο άζωτο. Αμίνες
Προτείνω να εξοικειωθείτε με ένα άλλο στοιχείο που αποτελεί μέρος πολλών οργανικών ενώσεων. Αυτό άζωτο.
Συμβολίζεται με το λατινικό γράμμα Νκαι έχει σθένος τρία.
Ας δούμε ποιες ουσίες λαμβάνονται εάν προστεθεί άζωτο στους γνωστούς υδρογονάνθρακες:
| Ουσία | Διευρυμένη δομική φόρμουλα | Απλοποιημένος δομικός τύπος | Σκελετική φόρμουλα | Ακαθάριστη φόρμουλα |
|---|---|---|---|---|
| Αμινομεθάνιο (μεθυλαμίνη) |
H-C-N\H;H|#C|H | CH3-NH2 | \NH2 | |
| Αμινοαιθάνιο (αιθυλαμίνη) |
H-C-C-N\H;H|#C|H;H|#3|H | CH3-CH2-NH2 | /\NH2 | |
| Διμεθυλαμίνη | H-C-N<`|H>-C-H; H|#-3|H; H|#2|H | $L(1,3)H/N<_(A80,w+)CH3>\dCH3 | /Ν<_(y-.5)H>\ | |
| Αμινοβενζόλιο (Ανιλίνη) |
H\N|C\\C|Γ<\H>`//Γ<|H>`\C<`/H>`||Γ<`\H>/ | NH2|C\\CH|CH`//C<_(y.5)H>`\HC`||HC/ | NH2|\|`/`\`|/_o | |
| Τριαιθυλαμίνη | $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>`|Γ<`-H><-H>`|Η | CH3-CH2-N<`|CH2-CH3>-CH2-CH3 | \/Ν<`|/>\| |
Όπως πιθανώς ήδη μαντέψατε από τα ονόματα, όλες αυτές οι ουσίες ενώνονται με τη γενική ονομασία αμίνες. Η λειτουργική ομάδα ()-NH2 ονομάζεται αμινομάδα. Ακολουθούν ορισμένοι γενικοί τύποι αμινών:
Γενικά, δεν υπάρχουν ιδιαίτερες καινοτομίες εδώ. Εάν αυτοί οι τύποι είναι σαφείς για εσάς, τότε μπορείτε να συμμετάσχετε με ασφάλεια σε περαιτέρω μελέτη της οργανικής χημείας χρησιμοποιώντας ένα σχολικό βιβλίο ή το Διαδίκτυο.
Θα ήθελα όμως να μιλήσω και για τύπους στην ανόργανη χημεία. Θα δείτε πόσο εύκολο θα είναι να τα καταλάβετε αφού μελετήσετε τη δομή των οργανικών μορίων.
Ορθολογικοί τύποι
Δεν πρέπει να συμπεράνουμε ότι η ανόργανη χημεία είναι ευκολότερη από την οργανική χημεία. Φυσικά, τα ανόργανα μόρια τείνουν να φαίνονται πολύ πιο απλά επειδή δεν τείνουν να σχηματίζουν πολύπλοκες δομές όπως οι υδρογονάνθρακες. Στη συνέχεια όμως πρέπει να μελετήσουμε περισσότερα από εκατό στοιχεία που απαρτίζουν τον περιοδικό πίνακα. Και αυτά τα στοιχεία τείνουν να συνδυάζονται ανάλογα με τις χημικές τους ιδιότητες, αλλά με πολλές εξαιρέσεις.
Λοιπόν, δεν θα σας πω τίποτα από αυτά. Το θέμα του άρθρου μου είναι οι χημικοί τύποι. Και μαζί τους όλα είναι σχετικά απλά.
Πιο συχνά χρησιμοποιείται στην ανόργανη χημεία ορθολογικούς τύπους. Και τώρα θα καταλάβουμε πώς διαφέρουν από εκείνα που είναι ήδη γνωστά σε εμάς.
Αρχικά, ας εξοικειωθούμε με ένα άλλο στοιχείο - το ασβέστιο. Αυτό είναι επίσης ένα πολύ κοινό στοιχείο.
Έχει οριστεί Caκαι έχει σθένος δύο. Ας δούμε τι ενώσεις σχηματίζει με τον άνθρακα, το οξυγόνο και το υδρογόνο που γνωρίζουμε.
| Ουσία | Δομικός τύπος | Ορθολογική φόρμουλα | Ακαθάριστη φόρμουλα |
|---|---|---|---|
| Οξείδιο του ασβεστίου | Ca=O | CaO | |
| Υδροξείδιο του ασβεστίου | H-O-Ca-O-H | Ca(OH)2 | |
| Ανθρακικό ασβέστιο | $slope(45)Ca`/O\C|O`|/O`\#1 | CaCO3 | |
| Διττανθρακικό ασβέστιο | HO/`|O|\O/Ca\O/`|O|\OH | Ca(HCO3)2 | |
| Ανθρακικό οξύ | H|O\C|O`|/O`|H | H2CO3 |
Με την πρώτη ματιά, μπορείτε να δείτε ότι ο ορθολογικός τύπος είναι κάτι μεταξύ δομικού και ακαθάριστου τύπου. Αλλά δεν είναι ακόμη πολύ σαφές πώς λαμβάνονται. Για να κατανοήσετε την έννοια αυτών των τύπων, πρέπει να λάβετε υπόψη τις χημικές αντιδράσεις στις οποίες συμμετέχουν οι ουσίες.
Το ασβέστιο στην καθαρή του μορφή είναι ένα απαλό λευκό μέταλλο. Δεν εμφανίζεται στη φύση. Αλλά είναι πολύ πιθανό να το αγοράσετε σε ένα κατάστημα χημικών. Συνήθως αποθηκεύεται σε ειδικά βάζα χωρίς πρόσβαση στον αέρα. Γιατί στον αέρα αντιδρά με το οξυγόνο. Στην πραγματικότητα, αυτός είναι ο λόγος που δεν εμφανίζεται στη φύση.
Έτσι, η αντίδραση του ασβεστίου με το οξυγόνο:
2Ca + O2 -> 2CaO
Ο αριθμός 2 πριν από τον τύπο μιας ουσίας σημαίνει ότι στην αντίδραση συμμετέχουν 2 μόρια.
Το ασβέστιο και το οξυγόνο παράγουν οξείδιο του ασβεστίου. Αυτή η ουσία επίσης δεν υπάρχει στη φύση επειδή αντιδρά με το νερό:
CaO + H2O -> Ca(OH2)
Το αποτέλεσμα είναι υδροξείδιο του ασβεστίου. Αν κοιτάξετε προσεκτικά τον δομικό τύπο του (στον προηγούμενο πίνακα), μπορείτε να δείτε ότι σχηματίζεται από ένα άτομο ασβεστίου και δύο ομάδες υδροξυλίου, με τις οποίες είμαστε ήδη εξοικειωμένοι.
Αυτοί είναι οι νόμοι της χημείας: εάν μια ομάδα υδροξυλίου προστεθεί σε μια οργανική ουσία, λαμβάνεται μια αλκοόλη, και εάν προστεθεί σε ένα μέταλλο, λαμβάνεται ένα υδροξείδιο.
Αλλά το υδροξείδιο του ασβεστίου δεν υπάρχει στη φύση λόγω της παρουσίας διοξειδίου του άνθρακα στον αέρα. Νομίζω ότι όλοι έχουν ακούσει για αυτό το αέριο. Σχηματίζεται κατά την αναπνοή ανθρώπων και ζώων, την καύση άνθρακα και προϊόντων πετρελαίου, κατά τη διάρκεια πυρκαγιών και ηφαιστειακών εκρήξεων. Επομένως, είναι πάντα παρόν στον αέρα. Αλλά επίσης διαλύεται αρκετά καλά στο νερό, σχηματίζοντας ανθρακικό οξύ:
CO2 + H2O<=>H2CO3
Σημάδι<=>δείχνει ότι η αντίδραση μπορεί να προχωρήσει και προς τις δύο κατευθύνσεις υπό τις ίδιες συνθήκες.
Έτσι, το υδροξείδιο του ασβεστίου, διαλυμένο στο νερό, αντιδρά με το ανθρακικό οξύ και μετατρέπεται σε ελαφρώς διαλυτό ανθρακικό ασβέστιο:
Ca(OH)2 + H2CO3 -> CaCO3"|v" + 2H2O
Το κάτω βέλος σημαίνει ότι ως αποτέλεσμα της αντίδρασης η ουσία καθιζάνει.
Με περαιτέρω επαφή του ανθρακικού ασβεστίου με το διοξείδιο του άνθρακα παρουσία νερού, εμφανίζεται μια αναστρέψιμη αντίδραση για να σχηματιστεί ένα όξινο άλας - διττανθρακικό ασβέστιο, το οποίο είναι εξαιρετικά διαλυτό στο νερό
CaCO3 + CO2 + H2O<=>Ca(HCO3)2
Αυτή η διαδικασία επηρεάζει τη σκληρότητα του νερού. Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, το διττανθρακικό μετατρέπεται ξανά σε ανθρακικό. Επομένως, σε περιοχές με σκληρό νερό, σχηματίζονται άλατα σε βραστήρες.
Η κιμωλία, ο ασβεστόλιθος, το μάρμαρο, ο τοφός και πολλά άλλα ορυκτά αποτελούνται σε μεγάλο βαθμό από ανθρακικό ασβέστιο. Βρίσκεται επίσης σε κοράλλια, κοχύλια μαλακίων, οστά ζώων κ.λπ.
Αλλά εάν το ανθρακικό ασβέστιο θερμανθεί σε πολύ υψηλή θερμοκρασία, θα μετατραπεί σε οξείδιο του ασβεστίου και διοξείδιο του άνθρακα.
Αυτή η σύντομη ιστορία για τον κύκλο του ασβεστίου στη φύση θα πρέπει να εξηγήσει γιατί χρειάζονται ορθολογικές φόρμουλες. Έτσι, οι ορθολογικοί τύποι γράφονται έτσι ώστε οι συναρτησιακές ομάδες να είναι ορατές. Στην περίπτωσή μας είναι:
Επιπλέον, μεμονωμένα στοιχεία - Ca, H, O (σε οξείδια) - είναι επίσης ανεξάρτητες ομάδες.Ιόντα
Νομίζω ότι ήρθε η ώρα να εξοικειωθούμε με τα ιόντα. Αυτή η λέξη είναι μάλλον γνωστή σε όλους. Και αφού μελετήσουμε τις λειτουργικές ομάδες, δεν μας κοστίζει τίποτα να καταλάβουμε ποια είναι αυτά τα ιόντα.
Γενικά, η φύση των χημικών δεσμών είναι συνήθως ότι ορισμένα στοιχεία δίνουν ηλεκτρόνια ενώ άλλα τα αποκτούν. Τα ηλεκτρόνια είναι σωματίδια με αρνητικό φορτίο. Ένα στοιχείο με πλήρες συμπλήρωμα ηλεκτρονίων έχει μηδενικό φορτίο. Αν έδωσε ένα ηλεκτρόνιο, τότε το φορτίο του γίνεται θετικό, και αν το δεχόταν, τότε γίνεται αρνητικό. Για παράδειγμα, το υδρογόνο έχει μόνο ένα ηλεκτρόνιο, το οποίο εγκαταλείπει πολύ εύκολα, μετατρέποντας σε θετικό ιόν. Υπάρχει μια ειδική καταχώριση για αυτό στους χημικούς τύπους:
H2O<=>H^+ + OH^-
Εδώ το βλέπουμε ως αποτέλεσμα ηλεκτρολυτική διάστασητο νερό διασπάται σε ένα θετικά φορτισμένο ιόν υδρογόνου και μια αρνητικά φορτισμένη ομάδα ΟΗ. Το ιόν ΟΗ^- ονομάζεται ιόν υδροξειδίου. Δεν πρέπει να συγχέεται με την ομάδα υδροξυλίου, η οποία δεν είναι ιόν, αλλά μέρος κάποιου είδους μορίου. Το σύμβολο + ή - στην επάνω δεξιά γωνία δείχνει το φορτίο του ιόντος.
Αλλά το ανθρακικό οξύ δεν υπάρχει ποτέ ως ανεξάρτητη ουσία. Στην πραγματικότητα, είναι ένα μείγμα ιόντων υδρογόνου και ανθρακικών ιόντων (ή διττανθρακικών ιόντων):
H2CO3 = H^+ + HCO3^-<=>2H^+ + CO3^2-
Το ανθρακικό ιόν έχει φορτίο 2-. Αυτό σημαίνει ότι έχουν προστεθεί δύο ηλεκτρόνια σε αυτό.
Τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα ονομάζονται ανιόντα. Τυπικά αυτά περιλαμβάνουν όξινα υπολείμματα.
Θετικά φορτισμένα ιόντα - κατιόντα. Τις περισσότερες φορές αυτά είναι υδρογόνο και μέταλλα.
Και εδώ μπορείτε πιθανώς να κατανοήσετε πλήρως την έννοια των ορθολογικών τύπων. Σε αυτά γράφεται πρώτα το κατιόν και ακολουθεί το ανιόν. Ακόμα κι αν ο τύπος δεν περιέχει χρεώσεις.
Πιθανώς ήδη μαντεύετε ότι τα ιόντα μπορούν να περιγραφούν όχι μόνο με ορθολογικούς τύπους. Εδώ είναι ο σκελετικός τύπος του διττανθρακικού ανιόντος:
Εδώ το φορτίο υποδεικνύεται ακριβώς δίπλα στο άτομο οξυγόνου, το οποίο έλαβε ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο και επομένως έχασε μία γραμμή. Με απλά λόγια, κάθε επιπλέον ηλεκτρόνιο μειώνει τον αριθμό των χημικών δεσμών που απεικονίζονται στον δομικό τύπο. Από την άλλη πλευρά, εάν κάποιος κόμβος του δομικού τύπου έχει σύμβολο +, τότε έχει ένα πρόσθετο μοχλό. Όπως πάντα, αυτό το γεγονός πρέπει να αποδειχθεί με ένα παράδειγμα. Αλλά μεταξύ των γνωστών σε εμάς ουσιών δεν υπάρχει ούτε ένα κατιόν που να αποτελείται από πολλά άτομα.
Και μια τέτοια ουσία είναι η αμμωνία. Το υδατικό του διάλυμα ονομάζεται συχνά αμμωνίακαι περιλαμβάνεται σε οποιοδήποτε κιτ πρώτων βοηθειών. Η αμμωνία είναι μια ένωση υδρογόνου και αζώτου και έχει τον λογικό τύπο NH3. Εξετάστε τη χημική αντίδραση που συμβαίνει όταν η αμμωνία διαλύεται στο νερό:
NH3 + H2O<=>NH4^+ + OH^-
Το ίδιο πράγμα, αλλά χρησιμοποιώντας δομικούς τύπους:
Η|Ν<`/H>\Η + Η-Ο-Η<=>Η|Ν^+<_(A75,w+)H><_(A15,d+)H>`/H + O`^-# -H
Στη δεξιά πλευρά βλέπουμε δύο ιόντα. Σχηματίστηκαν ως αποτέλεσμα της μετακίνησης ενός ατόμου υδρογόνου από ένα μόριο νερού σε ένα μόριο αμμωνίας. Αλλά αυτό το άτομο κινήθηκε χωρίς το ηλεκτρόνιό του. Το ανιόν μας είναι ήδη γνωστό - είναι ένα ιόν υδροξειδίου. Και το κατιόν λέγεται αμμώνιο. Παρουσιάζει ιδιότητες παρόμοιες με τα μέταλλα. Για παράδειγμα, μπορεί να συνδυαστεί με ένα όξινο υπόλειμμα. Η ουσία που σχηματίζεται από το συνδυασμό του αμμωνίου με ένα ανθρακικό ανιόν ονομάζεται ανθρακικό αμμώνιο: (NH4)2CO3.
Εδώ είναι η εξίσωση αντίδρασης για την αλληλεπίδραση του αμμωνίου με ένα ανθρακικό ανιόν, γραμμένη με τη μορφή δομικών τύπων:
2Η|Ν^+<`/H><_(A75,w+)H>_(A15,d+)H + O^-\C|O`|/O^-<=>Η|Ν^+<`/H><_(A75,w+)H>_(A15,d+)H`|0O^-\C|O`|/O^-|0H_(A-15,d-)N^+<_(A105,w+)H><\H>`|Η
Αλλά σε αυτή τη μορφή η εξίσωση αντίδρασης δίνεται για λόγους επίδειξης. Συνήθως οι εξισώσεις χρησιμοποιούν ορθολογικούς τύπους:
2NH4^+ + CO3^2-<=>(NH4)2CO3
Σύστημα λόφων
Έτσι, μπορούμε να υποθέσουμε ότι έχουμε ήδη μελετήσει δομικούς και ορθολογικούς τύπους. Υπάρχει όμως και ένα άλλο θέμα που αξίζει να εξεταστεί με περισσότερες λεπτομέρειες. Πώς διαφέρουν οι ακαθάριστοι τύποι από τους ορθολογικούς;
Γνωρίζουμε γιατί ο ορθολογικός τύπος του ανθρακικού οξέος γράφεται H2CO3, και όχι με κάποιον άλλο τρόπο. (Τα δύο κατιόντα υδρογόνου έρχονται πρώτα, ακολουθούμενα από το ανθρακικό ανιόν.) Αλλά γιατί ο ακαθάριστος τύπος γράφεται CH2O3;
Κατ' αρχήν, ο ορθολογικός τύπος του ανθρακικού οξέος μπορεί κάλλιστα να θεωρηθεί αληθινός τύπος, επειδή δεν έχει επαναλαμβανόμενα στοιχεία. Σε αντίθεση με το NH4OH ή το Ca(OH)2.
Αλλά πολύ συχνά εφαρμόζεται ένας πρόσθετος κανόνας σε ακαθάριστους τύπους, ο οποίος καθορίζει τη σειρά των στοιχείων. Ο κανόνας είναι αρκετά απλός: τοποθετείται πρώτα ο άνθρακας, μετά το υδρογόνο και μετά τα υπόλοιπα στοιχεία με αλφαβητική σειρά.
Έτσι βγαίνει CH2O3 - άνθρακας, υδρογόνο, οξυγόνο. Αυτό ονομάζεται σύστημα Hill. Χρησιμοποιείται σχεδόν σε όλα τα χημικά βιβλία αναφοράς. Και σε αυτό το άρθρο επίσης.
Λίγα λόγια για το σύστημα easyChem
Αντί για συμπέρασμα, θα ήθελα να μιλήσω για το σύστημα easyChem. Έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε όλοι οι τύποι που συζητήσαμε εδώ να μπορούν εύκολα να εισαχθούν στο κείμενο. Στην πραγματικότητα, όλοι οι τύποι σε αυτό το άρθρο σχεδιάζονται χρησιμοποιώντας το easyChem.
Γιατί χρειαζόμαστε ακόμη και κάποιο είδος συστήματος για την παραγωγή τύπων; Το θέμα είναι ότι ο τυπικός τρόπος εμφάνισης πληροφοριών σε προγράμματα περιήγησης στο Διαδίκτυο είναι η γλώσσα σήμανσης υπερκειμένου (HTML). Επικεντρώνεται στην επεξεργασία πληροφοριών κειμένου.
Οι ορθολογικοί και οι χονδροειδείς τύποι μπορούν να απεικονιστούν χρησιμοποιώντας κείμενο. Ακόμη και ορισμένοι απλοποιημένοι δομικοί τύποι μπορούν επίσης να γραφτούν σε κείμενο, για παράδειγμα αλκοόλη CH3-CH2-OH. Αν και για αυτό θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε την ακόλουθη καταχώρηση σε HTML: CH 3-Χ.Θ 2-Ωχ.
Αυτό φυσικά δημιουργεί κάποιες δυσκολίες, αλλά μπορείς να ζήσεις μαζί τους. Πώς όμως απεικονίζεται ο δομικός τύπος; Κατ 'αρχήν, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια γραμματοσειρά monospace:
H H | | H-C-C-O-H | | H H Φυσικά δεν φαίνεται πολύ ωραίο, αλλά είναι επίσης εφικτό.
Το πραγματικό πρόβλημα εμφανίζεται όταν προσπαθείτε να σχεδιάσετε δακτυλίους βενζολίου και όταν χρησιμοποιείτε σκελετικές φόρμουλες. Δεν υπάρχει άλλος τρόπος εκτός από τη σύνδεση μιας εικόνας ράστερ. Τα ράστερ αποθηκεύονται σε ξεχωριστά αρχεία. Τα προγράμματα περιήγησης μπορούν να περιλαμβάνουν εικόνες σε μορφή gif, png ή jpeg.
Για τη δημιουργία τέτοιων αρχείων, απαιτείται ένα πρόγραμμα επεξεργασίας γραφικών. Για παράδειγμα, το Photoshop. Αλλά είμαι εξοικειωμένος με το Photoshop για περισσότερα από 10 χρόνια και μπορώ να πω με βεβαιότητα ότι δεν είναι πολύ κατάλληλο για την απεικόνιση χημικών τύπων.
Οι μοριακόι συντάκτες αντιμετωπίζουν αυτό το έργο πολύ καλύτερα. Αλλά με έναν μεγάλο αριθμό τύπων, καθένας από τους οποίους αποθηκεύεται σε ξεχωριστό αρχείο, είναι πολύ εύκολο να μπερδευτείτε σε αυτούς.
Για παράδειγμα, ο αριθμός των τύπων σε αυτό το άρθρο είναι . Εμφανίζονται με τη μορφή γραφικών εικόνων (τα υπόλοιπα χρησιμοποιώντας εργαλεία HTML).
Το σύστημα easyChem σάς επιτρέπει να αποθηκεύετε όλους τους τύπους απευθείας σε ένα έγγραφο HTML σε μορφή κειμένου. Κατά τη γνώμη μου, αυτό είναι πολύ βολικό.
Επιπλέον, οι ακαθάριστοι τύποι σε αυτό το άρθρο υπολογίζονται αυτόματα. Επειδή το easyChem λειτουργεί σε δύο στάδια: πρώτα η περιγραφή του κειμένου μετατρέπεται σε δομή πληροφοριών (γραφική παράσταση) και στη συνέχεια μπορούν να εκτελεστούν διάφορες ενέργειες σε αυτήν τη δομή. Μεταξύ αυτών, μπορούν να σημειωθούν οι ακόλουθες λειτουργίες: υπολογισμός μοριακού βάρους, μετατροπή σε ακαθάριστο τύπο, έλεγχος για τη δυνατότητα εξόδου ως κειμένου, γραφικών και απόδοσης κειμένου.
Έτσι, για να προετοιμάσω αυτό το άρθρο, χρησιμοποίησα μόνο ένα πρόγραμμα επεξεργασίας κειμένου. Επιπλέον, δεν χρειάστηκε να σκεφτώ ποιος από τους τύπους θα ήταν γραφικός και ποιος θα ήταν κείμενο.
Ακολουθούν μερικά παραδείγματα που αποκαλύπτουν το μυστικό της προετοιμασίας του κειμένου ενός άρθρου: Οι περιγραφές από την αριστερή στήλη μετατρέπονται αυτόματα σε τύπους στη δεύτερη στήλη.
Στην πρώτη γραμμή, η περιγραφή του ορθολογικού τύπου είναι πολύ παρόμοια με το εμφανιζόμενο αποτέλεσμα. Η μόνη διαφορά είναι ότι οι αριθμητικοί συντελεστές εμφανίζονται διαγραμμικά.
Στη δεύτερη γραμμή, ο διευρυμένος τύπος δίνεται με τη μορφή τριών ξεχωριστών αλυσίδων που χωρίζονται από ένα σύμβολο. Νομίζω ότι είναι εύκολο να δει κανείς ότι η περιγραφή του κειμένου θυμίζει από πολλές απόψεις τις ενέργειες που θα απαιτούνταν για να απεικονιστεί η φόρμουλα με ένα μολύβι σε χαρτί.
Η τρίτη γραμμή δείχνει τη χρήση λοξών γραμμών χρησιμοποιώντας τα σύμβολα \ και /. Το σύμβολο ` (backtick) σημαίνει ότι η γραμμή σχεδιάζεται από τα δεξιά προς τα αριστερά (ή από κάτω προς τα πάνω).
Υπάρχει πολύ πιο λεπτομερής τεκμηρίωση σχετικά με τη χρήση του συστήματος easyChem εδώ.
Επιτρέψτε μου να ολοκληρώσω αυτό το άρθρο και να σας ευχηθώ καλή επιτυχία στη μελέτη της χημείας.
