Teema kokkuvõte:
Keemiline valem
Keemiline valem- ainete koostise ja struktuuri kohta teabe kajastamine keemiliste märkide, numbrite ja eraldusmärkide - sulgude abil.
Komplekssete ainete molekulide koostist väljendatakse keemiliste valemite abil.
Keemilise valemi põhjal saate anda aine nimetuse.
Keemiline valem tähendab:
- 1 molekul või 1 mool ainet;
- kvalitatiivne koostis (millistest keemilistest elementidest aine koosneb);
- kvantitatiivne koostis (mitu iga elemendi aatomit sisaldab aine molekul).
- Valem H N O 3 tähendab:
- lämmastikhape;
- 1 molekul lämmastikhapet või 1 mool lämmastikhapet;
- kvalitatiivne koostis: lämmastikhappe molekul koosneb vesinikust, lämmastikust ja hapnikust;
- kvantitatiivne koostis: lämmastikhappe molekul sisaldab ühte vesinikuelemendi aatomit, ühte lämmastikuelemendi aatomit ja kolme hapnikuelemendi aatomit.
Liigid
Praegu eristatakse järgmist tüüpi keemilisi valemeid:
- Lihtsaim valem. Seda saab empiiriliselt saada, määrates keemiliste elementide suhte aines, kasutades elementide aatommassi väärtusi. Niisiis on vee lihtsaim valem H 2 O ja benseeni CH lihtsaim valem (erinevalt C 6 H 6 -st - tõsi, vt allpool). Aatomeid valemites tähistatakse keemiliste elementide märkidega ja nende suhtelist arvu - numbritega alaindeksite vormingus.
- Tõeline valem. Saab saada, kui on teada aine molekulmass. Vee tõeline valem on H 2 O, mis langeb kokku kõige lihtsamaga. Benseeni tegelik valem on C 6 H 6, mis erineb lihtsaimast. Tõelisi valemeid nimetatakse ka brutovalemiteks või empiirilisteks valemiteks. Need peegeldavad aine molekulide koostist, kuid mitte struktuuri. Tõeline valem näitab iga elemendi täpset aatomite arvu ühes molekulis. See arv vastab indeksile - väike arv pärast vastava elemendi sümbolit. Kui indeks on 1, see tähendab, et antud elemendi molekulis on ainult üks aatom, siis sellist indeksit ei näidata.
- ratsionaalne valem. Ratsionaalsetes valemites eristatakse keemiliste ühendite klassidele iseloomulikke aatomite rühmi. Näiteks alkoholide puhul eristatakse rühma -OH. Ratsionaalse valemi kirjutamisel on sellised aatomirühmad sulgudes (OH). Korduvate rühmade arvu tähistavad alaindeksi formaadis numbrid, mis asetatakse vahetult sulgemissulu järele. Keeruliste ühendite struktuuri kajastamiseks kasutatakse nurksulge. Näiteks K 4 on kaaliumheksatsüanokobaltoaat. Ratsionaalseid valemeid leidub sageli poollaiendatud kujul, kui identsete aatomite osa näidatakse eraldi, et kajastada paremini aine molekuli struktuuri.
- Struktuurivalem. Näitab graafiliselt aatomite omavahelist paigutust molekulis. Aatomitevahelised keemilised sidemed on tähistatud joontega. On olemas kahemõõtmelised (2D) ja kolmemõõtmelised (3D) valemid. Kahemõõtmeline kujutab endast aine struktuuri peegeldust tasapinnal. Kolmemõõtmeline võimaldab meil kujutada selle koostist, vastastikust paigutust, sidemeid ja aatomitevahelisi kaugusi kõige lähedasemalt aine struktuuri teoreetilistele mudelitele.
- etanool
- Lihtsaim valem C 2 H 6 O
- Õige, empiiriline või brutovalem: C 2 H 6 O
- Ratsionaalne valem: C 2 H 5 OH
- Ratsionaalne valem poolpaisutatud kujul: CH 3 CH 2 OH
- Struktuurivalem (2D):
Keemiliste valemite kirjutamiseks on ka teisi viise. Uued meetodid ilmusid 1980. aastate lõpus personaalarvutite väljatöötamisega (SMILES, WLN, ROSDAL, SLN jne). Personaalarvutid kasutavad keemiliste valemitega töötamiseks ka spetsiaalset tarkvara, mida nimetatakse molekulaarredaktoriteks.
Märkmed
- 1 2 3 Keemia põhimõisted – de.gubkin.ru/chemistry/ch1-th/node6.html
See kokkuvõte põhineb venekeelse Vikipeedia artiklil. Sünkroonimine lõpetati 07/10/11 17:38:37
Sarnased kokkuvõtted:
· Seotud artiklid ·
Praegu eristatakse järgmist tüüpi keemilisi valemeid:
- Lihtsaim valem. Seda saab empiiriliselt saada, määrates keemiliste elementide suhte aines, kasutades elementide aatommassi väärtusi. Niisiis on vee lihtsaim valem H 2 O ja benseeni CH lihtsaim valem (erinevalt C 6 H 6 -st - tõsi, vt allpool). Aatomeid valemites tähistatakse keemiliste elementide märkidega ja nende suhtelist arvu - numbritega alaindeksite vormingus.
- Empiiriline valem. Erinevad autorid võivad seda terminit kasutada kõige lihtsam, tõsi või ratsionaalne valemid
- Tõeline valem. Saab saada, kui on teada aine molekulmass. Vee tõeline valem on H 2 O, mis langeb kokku kõige lihtsamaga. Benseeni tegelik valem on C 6 H 6, mis erineb lihtsaimast. Nimetatakse ka tõelisi valemeid bruto valemid. Need peegeldavad aine molekulide koostist, kuid mitte struktuuri. Tõeline valem näitab iga elemendi täpset aatomite arvu ühes molekulis. See arv vastab indeksile - väike arv pärast vastava elemendi sümbolit. Kui indeks on 1, see tähendab, et antud elemendi molekulis on ainult üks aatom, siis sellist indeksit ei näidata.
- ratsionaalne valem. Ratsionaalsetes valemites eristatakse aatomite rühmi, mis on iseloomulikud keemiliste ühendite klassidele. Näiteks alkoholide puhul eristatakse rühma -OH. Ratsionaalse valemi kirjutamisel on sellised aatomirühmad sulgudes (OH). Korduvate rühmade arvu tähistavad alaindeksi formaadis numbrid, mis asetatakse vahetult sulgemissulu järele. Keeruliste ühendite struktuuri kajastamiseks kasutatakse nurksulge. Näiteks K 4 on kaaliumheksatsüanokobaltaat. Ratsionaalseid valemeid leidub sageli poollaiendatud kujul, kui identsete aatomite osa näidatakse eraldi, et kajastada paremini aine molekuli struktuuri.
- Struktuurivalem. Näitab graafiliselt aatomite omavahelist paigutust molekulis. Aatomitevahelised keemilised sidemed on tähistatud joontega. On olemas kahemõõtmelised (2D) ja kolmemõõtmelised (3D) valemid. Kahemõõtmeline kujutab endast aine struktuuri peegeldust tasapinnal. Kolmemõõtmeline võimaldab meil kujutada selle koostist, vastastikust paigutust, sidemeid ja aatomitevahelisi kaugusi kõige lähedasemalt aine struktuuri teoreetilistele mudelitele.
- etanool
- Lihtsaim valem C 2 H 6 O
- Õige, empiiriline või brutovalem: C 2 H 6 O
- Ratsionaalne valem: C 2 H 5 OH
- Ratsionaalne valem poolpaisutatud kujul: CH 3 CH 2 OH
- Struktuurivalem (2D):
Keemiliste valemite kirjutamiseks on ka teisi viise. Uued meetodid ilmusid 1980. aastate lõpus personaalarvutitehnoloogia (SMILES, WLN, ROSDAL, SLN jne) arenguga. Personaalarvutid kasutavad keemiliste valemitega töötamiseks ka spetsiaalset tarkvara, mida nimetatakse molekulaarredaktoriteks.
Ühendite bruto-, struktuur- ja elektroonilised valemid
Vutlerovi teine postulaat. Teatud aatomirühmade keemiline reaktsioonivõime sõltub oluliselt nende keemilisest keskkonnast, st sellest, milliste aatomite või aatomirühmadega teatud rühm külgneb.
Anorgaanilise keemia uurimisel kasutatud ühendite valemid kajastavad ainult konkreetse elemendi aatomite arvu molekulis. Selliseid valemeid nimetatakse brutovalemiteks või molekulaarvalemiteks.
Nagu Vutlerovi esimesest postulaadist järeldub, ei ole orgaanilises keemias oluline mitte ainult teatud aatomite arv molekulis, vaid ka nende sidumise järjekord, see tähendab, et orgaaniliste ühendite puhul pole alati soovitatav kasutada empiirilisi valemeid. Näiteks metaani molekuli struktuuri kaalumisel kasutasime selguse huvides struktuurivalemeid - skemaatiliselt aatomite molekuli sidumise järjekorda. Struktuurivalemite kujutamisel tähistatakse keemilist sidet kriipsuga, kaksiksidet kahe kriipsuga jne.
Elektrooniline valem (või Lewise valem) on struktuurivalemiga väga sarnane, kuid sel juhul ei kujutata mitte moodustunud sidemeid, vaid elektrone, nii neid, mis moodustavad sideme kui ka neid, mis seda ei moodusta.
Näiteks juba vaadeldud sulfaathappe saab kirjutada järgmiste valemite abil. Brutovalem on H 2 80 4, struktuurvalemid ja elektroonilised valemid on järgmised:
Struktuurivalemid orgaanilised ühendid
Peaaegu kõik orgaanilised ained koosnevad molekulidest, mille koostist väljendatakse keemiliste valemitega, näiteks CH 4, C 4 H 10, C 2 H 4 O 2. Milline on orgaaniliste molekulide struktuur? Selle küsimuse esitasid 19. sajandi keskel orgaanilise keemia rajajad F. Kekule ja A. M. Vutlerov. Erinevate orgaaniliste ainete koostist ja omadusi uurides jõudsid nad järgmistele järeldustele:
Orgaaniliste ainete molekulides on aatomid ühendatud keemiliste sidemetega kindlas järjestuses, vastavalt nende valentsile. Seda järjestust nimetatakse keemiliseks struktuuriks;
Kõikide orgaaniliste ühendite süsinikuaatomid on kotivalentsed ja teistel elementidel on neile iseloomulikud valentsid.
Need sätted on 1861. aastal O. M. Butlerovi poolt sõnastatud orgaaniliste ühendite struktuuri teooria aluseks.
Orgaaniliste ühendite keemiline struktuur on selgelt esitatud struktuurivalemite abil, milles aatomitevahelised keemilised sidemed on tähistatud kriipsudega. Iga elemendi sümbolist ulatuvate kriipsude koguarv on võrdne selle aatomi valentsiga. Mitut sidet tähistatakse kahe või kolme kriipsuga.
Kasutades küllastunud süsivesiniku propaani C 3 H 8 näidet, kaalume, kuidas koostada orgaanilise aine struktuurivalem.
1. Süsinikuskeleti kujutamine. Sel juhul koosneb ahel kolmest süsinikuaatomist:
C-C- KOOS
2. Süsinik on neljavalentne, seetõttu kujutame iga süsiniku aatomi kohta ebapiisavaid tunnuseid nii, et iga aatomi kõrval on neli tunnust:
3. Lisame vesinikuaatomite sümbolid:
Sageli kirjutatakse struktuurivalemid lühendatult, ilma C-H sidemeid kujutamata.Lühendatud struktuurivalemid on palju kompaktsemad kui laiendatud:
CH3-CH2-CH3.
Struktuurivalemid näitavad ainult ühendavate aatomite järjestust, kuid ei kajasta molekulide ruumilist struktuuri, eriti sidemete nurki. Näiteks on teada, et propaani C-sidemete vaheline nurk on 109,5°. Propaani struktuurivalem näeb aga välja selline, et see nurk on 180°. Seetõttu oleks õigem kirjutada propaani struktuurivalem vähem mugaval, kuid tõesemal kujul:
Professionaalsed keemikud kasutavad järgmisi struktuurivalemeid, milles süsiniku- ega vesinikuaatomeid pole üldse näidatud, vaid ainult süsiniku karkass on näidatud omavahel seotud C-C sidemete ja funktsionaalrühmadena. Selleks, et selgroog ei näeks välja nagu üks pidev joon, on keemilised sidemed kujutatud üksteise suhtes nurga all. Seega on C 3 H 8 propaani molekulis ainult kaks C-C sidet, seega on propaan tähistatud kahe kriipsuga.
Orgaaniliste ühendite homoloogne seeria
Vaatleme kahe sama klassi ühendi, näiteks alkoholide, struktuurivalemeid:
Metüül-CH 3 OH ja etüül C 2 H 5 OH alkoholide molekulidel on sama funktsionaalrühm OH, mis on ühine kogu alkoholide klassile, kuid erinevad süsiniku skeleti pikkuse poolest: etanoolis on üks süsinikuaatom rohkem. Struktuurivalemeid võrreldes on näha, et süsinikuahela suurenemisel ühe süsinikuaatomi võrra muutub aine koostis CH 2 rühmaks, süsinikuahela pikenemisel kahe aatomi võrra kahe CH 2 rühma võrra. , jne.
Sama klassi ühendeid, millel on sarnane struktuur, kuid mis erinevad koostiselt ühe või mitme CH2 rühma poolest, nimetatakse homoloogideks.
CH2 rühma nimetatakse homoloogseks erinevuseks. Kõikide homoloogide hulk moodustab homoloogse seeria. Metanool ja etanool kuuluvad alkoholide homoloogsesse sarja. Kõigil sama seeria ainetel on sarnased keemilised omadused ja nende koostist saab väljendada üldvalemiga. Näiteks alkoholide homoloogse seeria üldvalem on C n H 2 n +1 WON, kus n - naturaalarv.
|
Ühendusklass |
Üldvalem |
Üldvalem koos funktsionaalrühma määramisega |
|
Alkaanid |
C n H 2 n + 2 |
|
|
Tsükloalkaanid |
C n H 2 n |
|
|
Alkeenid |
C n H 2 n |
|
|
Alkadieni |
CnH2n-2 |
|
|
Alkini |
CnH2n-2 |
|
|
Mononukleaarsed areenid (benseeniga homoloogsed seeriad) |
CnH2n-6 |
|
|
Ühehüdroksüülsed alkoholid on sinised |
C n H 2 n + 2 V |
C n H 2 n +1 B H |
|
Mitmehüdroksüülsed alkoholid |
C n H 2 n + 2 O x |
C n H 2 n + 2-x (B H) x |
|
Aldehüüdid |
C n H 2 n B |
C n H2 n +1 CHO |
|
Ühealuselised karboksüülhapped |
C n H 2 n O 2 |
C n H 2 n +1 COOH |
|
estrid |
C n H 2 n B |
C n H 2 n +1 COOC n H 2n+1 |
|
Süsivesikud |
Cn (H20) m |
|
|
Amiinid, esmased |
C n H 2 n + 3 N |
Cn H2n +1 NH2 |
|
Aminohapped |
C n H 2 n +1 NO |
H2NC n H2nCOOH |
Aine brutovalem ja selle muundumine tolueeniks näitavad, et tegemist on metüültsükloheksadieeniga. See on võimeline lisama aleiinanhüdriidi, mis on tüüpiline konjugeeritud dieenidele.
Aine empiiriline valem määratakse usaldusväärselt ainult elementanalüüsi ja molekulmassi määramise kombinatsiooniga.
Aine empiirilise valemi määramine eeldab seega fragmentioonide homoloogsete jadate ja iseloomulike erinevuste analüüsi.
Kuidas määratakse aine brutovalem.
Lisaks PMR-spektrile ja aine brutovalemile on struktuurvalemi kindlaksmääramiseks andmed selle olemuse või päritolu kohta, ilma milleta oleks spektri ühemõtteline tõlgendamine võimatu.
Iga artikli alguses on toodud aine brutovalem, selle nimetus ja struktuurivalem. Vajaliku aine otsimine kataloogist toimub teadaoleva brutovalemi ja valemiindeksi või kataloogi lõpus asuva teadaoleva nimetuse ja tähestikulise indeksi järgi.
Kõigi tabelite esimeses veerus on toodud aine brutovalem, järgmises veerus - selle keemiline valem. Seejärel näidatakse temperatuur, mille juures mõõtmised tehti. Halogeenide (va jood) puhul esitatakse ainult andmed, mis on saadud vedela lämmastiku standardtemperatuuril NQR jaoks (77 K). Muude temperatuuride andmed on esitatud märkustes täpsustatud 77 K juures mõõtmiste puudumisel.
Massispektromeetria meetodeid kasutatakse ainete identifitseerimiseks, ainete brutovalemite ja keemilise struktuuri määramiseks. Keemia jaoks on olulised sellised füüsikalised omadused nagu ionisatsioonipotentsiaal ja keemiliste sidemete katkemisenergia.
Valemiindeksis mis tahes ühendi leidmiseks peate esmalt arvutama aine brutovalemi ja järjestama elemendid Hilli süsteemi järgi: anorgaaniliste ainete puhul tähestikulises järjekorras, näiteks H3O4P (fosforhape), CuO4S (vasksulfaat), O7P2Zn2 (tsinkpürofosfaat) jne.
Valemiindeksis mis tahes ühendi leidmiseks peate esmalt arvutama aine brutovalemi ja järjestama elemendid Hilli süsteemi järgi: anorgaaniliste ainete puhul tähestikulises järjekorras, näiteks H3O4P (fosforhape), CuO4S (vasksulfaat), O7P2Zn2 (tsinkpürofosfaat) jne.
Madala eraldusvõimega massispektromeetria võimalused ei võimalda eraldada rühma identifitseerimise teist ja kolmandat etappi ning aine brutovalemi määramine toimub samaaegselt, piirates võimalike valikute arvu selle määramiseks konkreetsele homoloogsele ainele. seeria. Definitsiooni järgi ühendab homoloogne rühm ühendeid, mille massiarvud on võrreldavad mooduliga 14, sealhulgas isobaarilised. Mõnel juhul on eri seeriate isobaarilistel ühenditel sarnased killustumise mustrid, mis väljendub nende madala eraldusvõimega massispektrite sarnasuses.
Molekulaarse iooni mass (180 1616) on mõõdetud suure täpsusega, mis võimaldab koheselt määrata aine empiirilise valemi.
Eelnevast lähtuvalt on orgaaniliste ühendite elementanalüüsis välja pakutud kaalutud meetodid aine brutovalemit iseloomustavate molekulide stöhhiomeetria määramiseks. Põhimõtteliselt on need meetodid mõeldud organogeensete elementide: süsiniku, vesiniku ja lämmastiku stöhhiomeetria määramiseks. Need põhinevad aine proovi mineralisatsiooniproduktide analüütiliste signaalide võrdlusel. Sellised signaalid on näiteks kromatograafiliste piikide alad, kahe elemendi ühised tiitrimahud jne. Seega on võimalik mikro- ja ultramikrokogustega töötada ilma kaaludeta.
Polümeeride kvantitatiivne analüüs hõlmab järgmisi küsimusi: 1) kvantitatiivne elementanalüüs, mis võimaldab määrata aine brutovalemi; 2) polümeeriahelate funktsionaal- ja lõpprühmade arvu määramine; 3) muuli määratlus.
Molekulmassi täpsed väärtused saab saada massispektritest ja need on aluseks teatud alternatiivsetele eeldustele aine brutovalemi, selle kvalitatiivse ja kvantitatiivse koostise kohta. Eelkõige võib paaritu molekulmass olla tõendiks ühe (kolm, viis, üldiselt paaritu arv) lämmastikuaatomi olemasolu kohta molekulis: lämmastik on ainus organogeenne element, millel on paaritu ato valents. Vastupidi, ühtlane molekulmass näitab lämmastiku puudumist või selle aatomite paarisarvu võimalust. Seega võib näiteks M 68-ga orgaanilisel ainel olla ainult kolm empiirilist valemit: CsHs, 4 6 või C3H ning nende arvessevõtmine hõlbustab oluliselt spektriandmete tõlgendamist ja lõplikku struktuuri valikut.
Veelgi väärtuslikum vajaliku lisainfo allikas on kvantitatiivse (elementaar)analüüsi andmed, mis koos molekulmassi määramisega võimaldavad määrata aine brutovalemi.
Veelgi väärtuslikum vajaliku lisainfo allikas on kvantitatiivse (elementaar)analüüsi andmed, mis koos molekulmassi määramisega võimaldavad määrata aine brutovalemi. Klassikalised (keemilised) meetodid empiirilise valemi loomiseks asenduvad nüüd üha enam massispektromeetriliste meetoditega, mis põhinevad molekulaarsete ioonide isotoopide joonte intensiivsuse täpsel mõõtmisel või massiarvude väga täpsel mõõtmisel kõrge eraldusvõimega spektromeetritel.
Veelgi väärtuslikum vajaliku lisainfo allikas on kvantitatiivse (elementaar)analüüsi andmed, mis koos molekulmassi määramisega võimaldavad määrata aine brutovalemi.
Pange tähele, et see on harv juhus, kui brutovalem vastab ühele ainele. Tavaliselt saame nende andmete põhjal märkida ainult aine brutovalemi, kuid mitte struktuurivalemit. Ja sageli ei saa me isegi mingit ainet kindlasse klassi määrata. Aine struktuurvalemi saamiseks on vaja lisaandmeid selle aine keemiliste omaduste kohta.
Elementanalüüsi kasutatakse lämmastikku, halogeene, väävlit, aga ka arseeni, vismuti, elavhõbedat, antimoni ja muid elemente sisaldavate orgaaniliste ja organoelementide ühendite kvantitatiivseks määramiseks. Elementanalüüsi saab kasutada ka nende elementide esinemise kvalitatiivseks kinnitamiseks uuritava ühendi koostises või aine üldvalemi kindlakstegemiseks või kinnitamiseks.
Viimane rida on vähem tõenäoline, kuna selle märgiks on 4. homoloogse rühma intensiivsete piikide olemasolu spektris, mis antud juhul puuduvad. Omistamise edasise täpsustamise saab ühemõtteliselt läbi viia ioonirea spektrite abil (vt punkt 5.5), kuid võttes arvesse molekuliioonide piikide suurt intensiivsust selles spektris, on soovitatav täpsustada empiirilist valemit. isotoopsignaale kasutades.
Homoloogia mõiste on orgaanilises keemias üks olulisemaid ja homoloogilised seeriad moodustavad orgaaniliste ühendite kaasaegse klassifikatsiooni aluse. Ühendite kuulumise küsimused erinevatesse homoloogsetesse seeriatesse on väga olulised ja on seotud näiteks orgaanilise keemia isomeeria probleemidega, eriti tõhusate algoritmide loomisega võimalike isomeeride arvu määramiseks empiirilise valemiga. ainet kasutades arvutit.
Kvantitatiivse elementaaranalüüsi skeem. Elementanalüüsis on kalduvus vähendada käsitsitööd ja suurendada määramiste täpsust. Instrumentaaltehnoloogia areng on võimaldanud viimastel aastatel välja töötada automaatse elemendianalüüsi seadme, milles proovi põlemisel tekkiv süsihappegaas, vesi ja lämmastik suunatakse heeliumijoaga ühendatud gaasikromatograafi. seadmele, mille abil teostatakse nende samaaegne kvantitatiivne määramine. Teisest küljest võimaldab suure eraldusvõimega massispektromeetri kasutamine (vt punkt 1.1.9.3) määrata aine brutovalemi lihtsal viisil ilma kvantitatiivset elementaaranalüüsi tegemata.
Välja on töötatud RASTER süsteemi interaktiivne töörežiim. Teabevahetus inimese ja arvuti vahel toimub tähtnumbrilise kuvari kaudu. Programm küsitleb töötajat, näidates samal ajal vastuse vormi. Vaja on teavet saadaolevate eksperimentaalsete spektrite tüüpide, nende omaduste ja spektriparameetrite kohta. Pärast kogu spektriteabe ja aine brutovalemi sisestamist näitab operaator implikatsioonide konstrueerimise režiimi – spektri tunnuste ja ühendi struktuuri vahelised loogilised seosed. Operaator saab neis teha mis tahes muudatusi: välistada või lisada raamatukogu fragmentidele teavet, eemaldada kõik tagajärjed või lisada uusi. Järjepidevate loogiliste võrrandite süsteemi lahendamise tulemusena kuvatakse ekraanile fragmentide komplektid, mis rahuldavad spektreid ja keemilist teavet.
Massispektrite käsitsi töötlemisel on identifitseerimise vajalikuks etapiks aine klassi määramine. See etapp sisaldub otseselt või kaudselt ka paljudes arvutite jaoks loodud keerukates identifitseerimisalgoritmides. Sarnase toimingu saab teha ka juhul, kui analüüdi massispekter ei olnud varem teada, kuid selle ühendite klassi fragmenteerumismustrid, millesse see kuulub, on hästi uuritud. See on võimalik antud klassile või homoloogsele seeriale omaste killustatuse kvalitatiivsete ja kvantitatiivsete mustrite põhjal. Kui tundmatu komponendi puhul oli võimalik registreerida identifitseerimiseks sama oluline piik kui molekuliooni piik, siis koos teabega ühendi klassi kohta võimaldab molekulmass määrata komponendi brutovalemi. aine. Tuleb märkida, et isotoopide piikide kasutamine empiirilise valemi määramiseks kromatoomi-massispektromeetrilises analüüsis on piiratud väärtusega ja on võimalik ainult nende piikide ja molekulaarse iooni piigi kõrge intensiivsuse korral. Aromaatsete ja parafiinsete süsivesinike isomeeride üksikute rühmade jaoks on välja töötatud individuaalse identifitseerimise algoritmid, mis on üles ehitatud nende massispektri mõningaid kvantitatiivseid omadusi arvesse võttes.
Noh, et lõpetada meie tutvus alkoholidega, annan ma veel ühe teise tuntud aine - kolesterooli - valemi. Mitte igaüks ei tea, et see on ühehüdroksüülne 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+)>-/-/<->`\
Märkisin selles oleva hüdroksüülrühma punasega.
karboksüülhapped
Iga veinivalmistaja teab, et veini tuleb õhust eemal hoida. Muidu läheb hapuks. Kuid keemikud teavad põhjust – kui lisada alkoholile veel üks hapnikuaatom, saad happe.Vaatame meile juba tuttavatest alkoholidest saadud hapete valemeid:
| Aine | Skeleti valem | Bruto valem | ||
|---|---|---|---|---|
| Metaanhape (sipelghape) |
H/C`|O|\OH | HCOOH | O//\OH | |
| Etaanhape (äädikhape) |
H-C-C\O-H; H|#C|H | CH3-COOH | /`|O|\OH | |
| propaanhape (metüüläädikhape) |
H-C-C-C\O-H; H|#2|H; H|#3|H | CH3-CH2-COOH | \/`|O|\OH | |
| Butaanhape (võihape) |
H-C-C-C-C\O-H; H|#2|H; H|#3|H; H|#4|H | CH3-CH2-CH2-COOH | /\/`|O|\OH | |
| Üldine valem | (R)-C\O-H | (R)-COOH või (R)-CO2H | (R)/`|O|\OH |
Orgaaniliste hapete eripäraks on karboksüülrühma (COOH) olemasolu, mis annab sellistele ainetele happelised omadused.
Kõik, kes on äädikat proovinud, teavad, et see on väga hapu. Selle põhjuseks on äädikhappe olemasolu selles. Tavaliselt sisaldab lauaäädikas 3–15% äädikhapet, ülejäänud (peamiselt) vett. Lahjendamata äädikhappe söömine on eluohtlik.
Karboksüülhapetel võib olla mitu karboksüülrühma. Sel juhul nimetatakse neid: kahealuseline, kolmepoolne jne...
Toiduained sisaldavad palju muid orgaanilisi happeid. Siin on vaid mõned neist:
Nende hapete nimetus vastab nendele toiduainetele, milles need sisalduvad. Muide, pange tähele, et siin on happeid, millel on ka alkoholidele iseloomulik hüdroksüülrühm. Selliseid aineid nimetatakse hüdroksükarboksüülhapped(või hüdroksühapped).
Iga happe all on allkiri, täpsustades selle orgaaniliste ainete rühma nime, kuhu see kuulub.
Radikaalid
Radikaalid on veel üks mõiste, mis on mõjutanud keemilisi valemeid. Sõna ise on ilmselt kõigile teada, kuid keemias pole radikaalidel poliitikute, mässuliste ja teiste aktiivse positsiooniga kodanikega mingit pistmist.
Siin on need vaid molekulide killud. Ja nüüd selgitame välja, mis on nende eripära, ja tutvume uue keemiliste valemite kirjutamise viisiga.
Eespool tekstis on juba mitu korda mainitud üldistatud valemeid: alkoholid - (R) -OH ja karboksüülhapped - (R) -COOH. Lubage mul teile meelde tuletada, et -OH ja -COOH on funktsionaalsed rühmad. Kuid R on radikaal. Pole ime, et seda on kujutatud R-tähe kujul.
Täpsemalt on ühevalentne radikaal molekuli osa, millel puudub üks vesinikuaatom. Noh, kui võtate ära kaks vesinikuaatomit, saate kahevalentse radikaali.
Keemia radikaalidel on oma nimed. Mõned neist said isegi ladinakeelseid nimetusi, mis on sarnased elementide tähistusega. Ja pealegi võib mõnikord valemite radikaale näidata lühendatud kujul, mis meenutab rohkem jämedaid valemeid.
Kõik see on näidatud järgmises tabelis.
| Nimi | Struktuurivalem | Määramine | Lühike valem | alkoholi näide | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Metüül | CH3-() | Mina | CH3 | (Me)-OH | CH3OH | |
| Etüül | CH3-CH2-() | Et | C2H5 | (Et)-OH | C2H5OH | |
| Propil | CH3-CH2-CH2-() | Pr | C3H7 | (Pr)-OH | C3H7OH | |
| Isopropüül | H3C\CH(*`/H3C*)-() | i-Pr | C3H7 | (i-Pr)-OH | (CH3)2CHOH | |
| fenüül | `/`=`\//-\\-{} | Ph | C6H5 | (Ph)-OH | C6H5OH | |
Ma arvan, et siin on kõik selge. Tahaksin lihtsalt juhtida teie tähelepanu veerule, mis toob näiteid alkoholide kohta. Mõned radikaalid on kirjutatud kujul, mis meenutab empiirilist valemit, kuid funktsionaalrühm kirjutatakse eraldi. Näiteks CH3-CH2-OH muundatakse C2H5OH-ks.
Ja hargnenud ahelate jaoks, nagu isopropüül, kasutatakse sulgudega konstruktsioone.
On veel üks nähtus vabad radikaalid. Need on radikaalid, mis mingil põhjusel eraldusid funktsionaalrühmadest. Sel juhul rikutakse üht reeglit, millega me valemite uurimist alustasime: keemiliste sidemete arv ei vasta enam ühe aatomi valentsile. No või võib öelda, et üks lülidest läheb ühest otsast lahti. Tavaliselt elavad vabad radikaalid lühikest aega, kuna molekulid kipuvad pöörduma tagasi stabiilsesse olekusse.
Sissejuhatus lämmastikusse. Amiinid
Teen ettepaneku tutvuda veel ühe elemendiga, mis on osa paljudest orgaanilistest ühenditest. See lämmastik.
Seda tähistatakse ladina tähega N ja selle valents on kolm.
Vaatame, milliseid aineid saadakse, kui tuttavatele süsivesinikele lisatakse lämmastikku:
| Aine | Laiendatud struktuurivalem | Lihtsustatud struktuurivalem | Skeleti valem | Bruto valem |
|---|---|---|---|---|
| aminometaan (metüülamiin) |
H-C-N\H;H|#C|H | CH3-NH2 | \NH2 | |
| Aminoetaan (etüülamiin) |
H-C-C-N\H;H|#C|H;H|#3|H | CH3-CH2-NH2 | /\NH2 | |
| Dimetüülamiin | 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>\ | |
| Aminobenseen (aniliin) |
H\N|C\\C|C<\H>`//C<|H>`\C<`/H>`||C<`\H>/ | NH2|C\\CH|CH`//C<_(y.5)H>`\HC`||HC/ | NH2|\|`/`\`|/_o | |
| Trietüülamiin | $kalle(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<`|/>\| |
Nagu nimedest arvatavasti arvasite, on kõik need ained ühendatud üldnimetuse alla amiinid. Funktsionaalrühma ()-NH2 nimetatakse aminorühm. Siin on mõned üldised amiinide valemid:
Üldiselt pole siin erilisi uuendusi. Kui need valemid on teile selged, võite mõne õpiku või Interneti abil julgelt orgaanilist keemiat edasi uurida.
Aga anorgaanilise keemia valemitest tahaksin pikemalt rääkida. Näete, kui lihtne on neid mõista pärast orgaaniliste molekulide struktuuri uurimist.
Ratsionaalsed valemid
Ei tasu järeldada, et anorgaaniline keemia on lihtsam kui orgaaniline. Loomulikult näevad anorgaanilised molekulid tavaliselt palju lihtsamad välja, kuna nad ei kipu moodustama süsivesinike jaoks selliseid keerulisi struktuure. Kuid teisest küljest tuleb uurida rohkem kui sadat perioodilisustabelit moodustavat elementi. Ja need elemendid kipuvad kombineerima vastavalt oma keemilistele omadustele, kuid paljude eranditega.
Nii et ma ei räägi sellest midagi. Minu artikli teema on keemilised valemid. Ja nendega on kõik suhteliselt lihtne.
Anorgaanilises keemias kõige sagedamini kasutatavad on ratsionaalsed valemid. Ja nüüd mõtleme välja, kuidas need erinevad meile juba tuttavatest.
Esiteks tutvume teise elemendiga - kaltsiumiga. See on ka väga levinud ese.
See on määratud Ca ja selle valents on kaks. Vaatame, milliseid ühendeid see meile teadaoleva süsiniku, hapniku ja vesinikuga moodustab.
| Aine | Struktuurivalem | ratsionaalne valem | Bruto valem |
|---|---|---|---|
| kaltsiumoksiid | Ca=O | CaO | |
| kaltsiumhüdroksiid | H-O-Ca-O-H | Ca(OH)2 | |
| Kaltsiumkarbonaat | $kalle(45)Ca`/O\C|O`|/O`\#1 | CaCO3 | |
| Kaltsiumvesinikkarbonaat | HO/`|O|\O/Ca\O/`|O|\OH | Ca(HCO3)2 | |
| Süsinikhape | H|O\C|O`|/O`|H | H2CO3 |
Esmapilgul on näha, et ratsionaalne valem on midagi struktuuri- ja brutovalemi vahepealset. Kuid siiani pole väga selge, kuidas need saadakse. Nende valemite tähenduse mõistmiseks peate arvestama keemiliste reaktsioonidega, milles ained osalevad.
Kaltsium oma puhtaimal kujul on pehme valge metall. Looduses seda ei esine. Kuid seda on täiesti võimalik osta keemiapoest. Tavaliselt hoitakse seda spetsiaalsetes purkides ilma õhu juurdepääsuta. Kuna see reageerib õhus oleva hapnikuga. Tegelikult seepärast seda looduses ei esine.
Niisiis, kaltsiumi reaktsioon hapnikuga:
2Ca + O2 -> 2CaO
Arv 2 enne aine valemit tähendab, et reaktsioonis osaleb 2 molekuli.
Kaltsiumoksiid moodustub kaltsiumist ja hapnikust. Seda ainet ei esine ka looduses, kuna see reageerib veega:
CaO + H2O -> Ca(OH2)
Selgub, kaltsiumhüdroksiid. Kui vaatate tähelepanelikult selle struktuurivalemit (eelmises tabelis), näete, et selle moodustavad üks kaltsiumi aatom ja kaks hüdroksüülrühma, millega oleme juba tuttavad.
Need on keemiaseadused: kui hüdroksüülrühm on seotud orgaanilise ainega, saadakse alkohol, ja kui metalli külge, siis hüdroksiid.
Kuid kaltsiumhüdroksiidi ei leidu looduses õhus sisalduva süsinikdioksiidi tõttu. Ma arvan, et kõik on sellest gaasist kuulnud. See tekib inimeste ja loomade hingamisel, söe ja naftasaaduste põlemisel, tulekahjude ja vulkaanipursete ajal. Seetõttu on see alati õhus olemas. Kuid see lahustub ka vees üsna hästi, moodustades süsihappe:
CO2 + H2O<=>H2CO3
Sign<=>näitab, et reaktsioon võib samadel tingimustel kulgeda mõlemas suunas.
Seega reageerib vees lahustunud kaltsiumhüdroksiid süsihappega ja muutub halvasti lahustuvaks kaltsiumkarbonaadiks:
Ca(OH)2 + H2CO3 -> CaCO3"|v" + 2H2O
Allanool tähendab, et aine sadestub reaktsiooni tulemusena.
Kaltsiumkarbonaadi edasisel kokkupuutel süsinikdioksiidiga vee juuresolekul toimub pöörduv reaktsioon, mille käigus moodustub happesool - kaltsiumvesinikkarbonaat, mis lahustub vees hästi.
CaCO3 + CO2 + H2O<=>Ca(HCO3)2
See protsess mõjutab vee karedust. Temperatuuri tõustes muutub bikarbonaat tagasi karbonaadiks. Seetõttu tekib kareda veega piirkondades veekeetjatesse katlakivi.
Kriit, lubjakivi, marmor, tuff ja paljud teised mineraalid koosnevad suures osas kaltsiumkarbonaadist. Seda leidub ka korallides, molluskikarpides, loomaluudes jne...
Kuid kui kaltsiumkarbonaati kuumutada väga kõrgel kuumusel, muutub see kaltsiumoksiidiks ja süsinikdioksiidiks.
See lühijutt kaltsiumitsüklist looduses peaks selgitama, miks on vaja ratsionaalseid valemeid. Seega on ratsionaalsed valemid kirjutatud nii, et funktsionaalrühmad oleksid nähtavad. Meie puhul on see:
Lisaks on üksikud elemendid - Ca, H, O (oksiidides) - ka iseseisvad rühmad.ioonid
Ma arvan, et on aeg ioonidega tutvust teha. See sõna on ilmselt kõigile tuttav. Ja pärast funktsionaalrühmade uurimist ei maksa meile midagi, et välja selgitada, mis need ioonid on.
Üldiselt on keemiliste sidemete olemus see, et mõned elemendid loovutavad elektrone, teised aga võtavad neid vastu. Elektronid on negatiivse laenguga osakesed. Täieliku elektronide komplektiga elemendil on nulllaeng. Kui ta andis elektroni, muutub selle laeng positiivseks ja kui ta selle vastu võttis, muutub see negatiivseks. Näiteks vesinikul on ainult üks elektron, mille ta üsna kergesti loobub, muutudes positiivseks iooniks. Selleks on keemilistes valemites spetsiaalne rekord:
H2O<=>H^+ + OH^-
Siin näeme seda selle tulemusena elektrolüütiline dissotsiatsioon vesi laguneb positiivselt laetud vesinikuiooniks ja negatiivselt laetud OH rühmaks. OH^-iooni nimetatakse hüdroksiidi ioon. Seda ei tohiks segi ajada hüdroksüülrühmaga, mis ei ole ioon, vaid osa molekulist. Märk + või - paremas ülanurgas näitab iooni laengut.
Kuid süsihapet ei eksisteeri kunagi iseseisva ainena. Tegelikult on see vesinikuioonide ja karbonaadioonide (või vesinikkarbonaadiioonide) segu:
H2CO3 = H^+ + HCO3^-<=>2H^+ + CO3^2-
Karbonaadi iooni laeng on 2-. See tähendab, et sellega on liitunud kaks elektroni.
Negatiivselt laetud ioone nimetatakse anioonid. Tavaliselt sisaldavad need happelisi jääke.
Positiivselt laetud ioonid katioonid. Enamasti on see vesinik ja metallid.
Ja siin saate ilmselt täielikult aru ratsionaalsete valemite tähendusest. Neisse kirjutatakse kõigepealt katioon ja seejärel anioon. Isegi kui valem ei sisalda mingeid tasusid.
Tõenäoliselt juba arvate, et ioone saab kirjeldada mitte ainult ratsionaalsete valemitega. Siin on vesinikkarbonaadi aniooni skeleti valem:
Siin on laeng näidatud otse hapnikuaatomi kõrval, mis sai lisaelektroni ja kaotas seetõttu ühe rea. Lihtsamalt öeldes vähendab iga lisaelektron struktuurivalemis kujutatud keemiliste sidemete arvu. Teisest küljest, kui struktuurivalemi mõnel sõlmel on + märk, siis on sellel täiendav võlukepp. Nagu alati, tuleb seda fakti näitega demonstreerida. Kuid meile tuttavate ainete hulgas pole ainsatki katiooni, mis koosneks mitmest aatomist.
Ja selline aine on ammoniaak. Selle vesilahust nimetatakse sageli ammoniaak ja on osa igast esmaabikomplektist. Ammoniaak on vesiniku ja lämmastiku ühend ning selle ratsionaalne valem on NH3. Mõelge keemilisele reaktsioonile, mis tekib ammoniaagi vees lahustamisel:
NH3 + H2O<=>NH4^+ + OH^-
Sama, kuid kasutades struktuurivalemeid:
H|N<`/H>\H + H-O-H<=>H|N^+<_(A75,w+)H><_(A15,d+)H>`/H + O`^-# -H
Paremal küljel näeme kahte iooni. Need tekkisid selle tulemusena, et üks vesinikuaatom liikus veemolekulist ammoniaagi molekuli. Kuid see aatom liikus ilma elektronita. Anioon on meile juba tuttav – see on hüdroksiidioon. Ja katiooni nimetatakse ammoonium. Sellel on metallidele sarnased omadused. Näiteks võib see ühineda happejäägiga. Ainet, mis moodustub ammooniumi ja karbonaataniooni kombineerimisel, nimetatakse ammooniumkarbonaadiks: (NH4)2CO3.
Siin on ammooniumi ja karbonaadi aniooni vastastikmõju reaktsioonivõrrand, mis on kirjutatud struktuurivalemite kujul:
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
Kuid sellisel kujul on reaktsioonivõrrand esitatud demonstreerimise eesmärgil. Tavaliselt kasutavad võrrandid ratsionaalseid valemeid:
2NH4^+ + CO3^2-<=>(NH4)2CO3
Mäe süsteem
Seega võime eeldada, et oleme struktuurseid ja ratsionaalseid valemeid juba uurinud. Kuid on veel üks küsimus, mida tasub üksikasjalikumalt kaaluda. Mis vahe on jämedate valemite ja ratsionaalsete valemite vahel?
Me teame, miks süsihappe ratsionaalne valem on kirjutatud H2CO3 ja mitte teisiti. (Esiteks on kaks vesiniku katiooni, millele järgneb karbonaadi anioon.) Aga miks on brutovalem kirjutatud kui CH2O3?
Põhimõtteliselt võib süsihappe ratsionaalset valemit pidada tõeliseks valemiks, kuna selles pole korduvaid elemente. Erinevalt NH4OH-st või Ca(OH)2-st.
Kuid brutovalemite puhul rakendatakse sageli lisareeglit, mis määrab elementide järjekorra. Reegel on üsna lihtne: asetage kõigepealt süsinik, seejärel vesinik ja seejärel ülejäänud elemendid tähestikulises järjekorras.
Seega tuleb välja CH2O3 – süsinik, vesinik, hapnik. Seda nimetatakse Hilli süsteemiks. Seda kasutatakse peaaegu kõigis keemilistes teatmeteostes. Ja ka selles artiklis.
Natuke easyChem süsteemist
Kokkuvõtte asemel tahaksin rääkida easyChemi süsteemist. See on loodud nii, et kõiki siin käsitletud valemeid saab hõlpsasti teksti sisestada. Tegelikult on kõik selle artikli valemid koostatud EasyChemi abil.
Miks me vajame valemite tuletamiseks mingit süsteemi? Asi on selles, et Interneti-brauserites teabe kuvamise standardviis on hüperteksti märgistuskeel (HTML). See on keskendunud tekstitöötlusele.
Ratsionaalseid ja jämedaid valemeid saab kujutada teksti abil. Isegi mõningaid lihtsustatud struktuurivalemeid saab kirjutada ka tekstis, näiteks alkohol CH3-CH2-OH. Kuigi selleks peaksite HTML-is kasutama seda tähistust: CH 3-CH 2- Oh.
See tekitab muidugi raskusi, kuid võite nendega leppida. Aga kuidas kujutada struktuurivalemit? Põhimõtteliselt saab kasutada ühekohalist fonti:
H H | | H-C-C-O-H | | H H See ei näe kindlasti väga kena välja, kuid see on ka teostatav.
Tõeline probleem tekib siis, kui püütakse kujutada benseenirõngaid ja kui kasutatakse skeletivalemeid. Pole muud võimalust kui bitmap ühendada. Rastrid salvestatakse eraldi failidesse. Brauserid võivad sisaldada gif-, png- või jpeg-pilte.
Selliste failide loomiseks on vaja graafilist redaktorit. Näiteks Photoshop. Aga Photoshopiga olen tuttav juba üle 10 aasta ja võin kindlalt väita, et see sobib väga halvasti keemiliste valemite kujutamiseks.
Molekulaarsed toimetajad saavad selle ülesandega palju paremini hakkama. Kuid suure hulga valemitega, millest igaüks on salvestatud eraldi faili, on nendes üsna lihtne segadusse sattuda.
Näiteks selles artiklis on valemite arv . Neid kuvatakse graafiliste kujutiste kujul (ülejäänud HTML-tööriistade abil).
easyChem võimaldab salvestada kõik valemid otse HTML-dokumenti teksti kujul. Ma arvan, et see on väga mugav.
Lisaks arvutatakse selle artikli brutovalemid automaatselt. Kuna easyChem töötab kahes etapis: esmalt teisendatakse tekstiline kirjeldus infostruktuuriks (graafikuks) ja seejärel saab selle struktuuriga teha erinevaid toiminguid. Nende hulgas võib märkida järgmisi funktsioone: molekulmassi arvutamine, brutovalemiks teisendamine, tekstina, graafika ja tekstina esitamise võimaluse kontrollimine.
Seetõttu kasutasin selle artikli koostamiseks ainult tekstiredaktorit. Pealegi ei pidanud ma mõtlema, milline valemitest on graafiline ja milline tekstiline.
Siin on mõned näited, mis paljastavad artikliteksti ettevalmistamise saladuse: Vasakpoolses veerus olevad kirjeldused teisendatakse automaatselt teise veeru valemiteks.
Esimesel real on ratsionaalse valemi kirjeldus väga sarnane kuvatava tulemusega. Ainus erinevus seisneb selles, et numbrilised koefitsiendid väljastatakse interlineaarsena.
Teisel real on laiendatud valem antud kolme eraldi stringina, mis on eraldatud sümboliga; Ma arvan, et on lihtne mõista, et tekstikirjeldus sarnaneb paljuski sellega, mida nõutakse pliiatsiga paberile valemi joonistamiseks.
Kolmas rida demonstreerib kaldridade kasutamist, kasutades märke \ ja /. Märk ` (tagasimärk) tähendab, et joon tõmmatakse paremalt vasakule (või alt üles).
Siin on palju üksikasjalikum dokumentatsioon easyChem süsteemi kasutamise kohta.
Sellega seoses lubage mul artikkel lõpetada ja soovida teile õnne keemia õppimisel.
