Sammanfattning om ämnet:
Kemisk formel
Kemisk formel- reflektion av information om ämnens sammansättning och struktur med hjälp av kemiska tecken, siffror och skiljetecken - parentes.
Sammansättningen av molekylerna av komplexa ämnen uttrycks med kemiska formler.
Baserat på den kemiska formeln kan du ange namnet på ämnet.
Den kemiska formeln betyder:
- 1 molekyl eller 1 mol av ett ämne;
- kvalitativ sammansättning (vilka kemiska element ämnet består av);
- kvantitativ sammansättning (hur många atomer av varje grundämne en molekyl av ett ämne innehåller).
- Formeln H N O 3 betyder:
- salpetersyra;
- 1 molekyl salpetersyra eller 1 mol salpetersyra;
- kvalitativ sammansättning: salpetersyramolekylen består av väte, kväve och syre;
- Kvantitativ sammansättning: en salpetersyramolekyl innehåller en atom av väteelementet, en atom av kväveelementet och tre atomer av syreelementet.
Typer
För närvarande särskiljs följande typer av kemiska formler:
- Den enklaste formeln. Det kan erhållas empiriskt genom att bestämma förhållandet mellan kemiska element i ett ämne med hjälp av värdena för grundämnenas atommassa. Så den enklaste formeln för vatten kommer att vara H 2 O, och den enklaste formeln för bensen CH (till skillnad från C 6 H 6 - sant, se nedan). Atomer i formler betecknas med tecken på kemiska element, och deras relativa antal - med siffror i formatet av sänkningar.
- Riktig formel. Kan erhållas om ämnets molekylvikt är känd. Den sanna formeln för vatten är H 2 O, som sammanfaller med den enklaste. Den sanna formeln för bensen är C 6 H 6, som skiljer sig från den enklaste. Sanna formler kallas också grovformler eller empiriska formler. De återspeglar sammansättningen, men inte strukturen hos ämnets molekyler. Den sanna formeln visar det exakta antalet atomer av varje grundämne i en molekyl. Detta nummer motsvarar indexet - ett litet tal efter symbolen för motsvarande element. Om indexet är 1, det vill säga det finns bara en atom av ett givet grundämne i molekylen, så anges inte ett sådant index.
- rationell formel. I rationella formler särskiljs grupper av atomer som är karakteristiska för klasser av kemiska föreningar. Till exempel, för alkoholer, särskiljs -OH-gruppen. När man skriver en rationell formel är sådana grupper av atomer inneslutna inom parentes (OH). Antalet återkommande grupper anges med siffror i sänkt format, som placeras omedelbart efter den avslutande parentesen. Hakparenteser används för att återspegla strukturen hos komplexa föreningar. Till exempel är K4 kaliumhexacyanokobaltoat. Rationella formler finns ofta i en semi-expanderad form, när en del av identiska atomer visas separat för att bättre återspegla strukturen hos en ämnesmolekyl.
- Strukturformel. Visar grafiskt det inbördes arrangemanget av atomer i en molekyl. Kemiska bindningar mellan atomer indikeras med linjer. Det finns tvådimensionella (2D) och tredimensionella (3D) formler. Tvådimensionell representerar en reflektion av materiens struktur på ett plan. Tredimensionell tillåter oss att representera dess sammansättning, inbördes arrangemang, bindningar och avstånd mellan atomer närmast teoretiska modeller av materiens struktur.
- etanol
- Den enklaste formeln C 2 H 6 O
- Sann, empirisk eller grov formel: C 2 H 6 O
- Rationell formel: C 2 H 5 OH
- Rationell formel i semi-expanderad form: CH 3 CH 2 OH
- Strukturformel (2D):
Det finns andra sätt att skriva kemiska formler. Nya metoder dök upp i slutet av 1980-talet med utvecklingen av persondatorer (SMILES, WLN, ROSDAL, SLN, etc.). Persondatorer använder också speciell programvara som kallas molekylära editorer för att arbeta med kemiska formler.
Anteckningar
- 1 2 3 Grundläggande begrepp inom kemi - de.gubkin.ru/chemistry/ch1-th/node6.html
Detta sammandrag är baserat på en artikel från den ryska Wikipedia. Synkronisering slutförd 07/10/11 17:38:37
Liknande abstrakt:
· Relaterade artiklar ·
För närvarande särskiljs följande typer av kemiska formler:
- Den enklaste formeln. Det kan erhållas empiriskt genom att bestämma förhållandet mellan kemiska element i ett ämne med hjälp av värdena för grundämnenas atommassa. Så den enklaste formeln för vatten kommer att vara H 2 O, och den enklaste formeln för bensen CH (till skillnad från C 6 H 6 - sant, se nedan). Atomer i formler betecknas med tecken på kemiska element, och deras relativa antal - med siffror i formatet av sänkningar.
- Empirisk formel. Olika författare kan använda denna term för att referera till det enklaste, Sann eller rationell formler
- Riktig formel. Kan erhållas om ämnets molekylvikt är känd. Den sanna formeln för vatten är H 2 O, som sammanfaller med den enklaste. Den sanna formeln för bensen är C 6 H 6, som skiljer sig från den enklaste. Sanna formler kallas också grova formler. De återspeglar sammansättningen, men inte strukturen hos ämnets molekyler. Den sanna formeln visar det exakta antalet atomer av varje grundämne i en molekyl. Detta nummer motsvarar indexet - ett litet tal efter symbolen för motsvarande element. Om indexet är 1, det vill säga det finns bara en atom av ett givet grundämne i molekylen, så anges inte ett sådant index.
- rationell formel. I rationella formler särskiljs grupper av atomer som är karakteristiska för klasser av kemiska föreningar. Till exempel, för alkoholer, särskiljs -OH-gruppen. När man skriver en rationell formel är sådana grupper av atomer inneslutna inom parentes (OH). Antalet återkommande grupper anges med siffror i sänkt format, som placeras omedelbart efter den avslutande parentesen. Hakparenteser används för att återspegla strukturen hos komplexa föreningar. Till exempel är K4 kaliumhexacyanokoboltat. Rationella formler finns ofta i en semi-expanderad form, när en del av identiska atomer visas separat för att bättre återspegla strukturen hos en ämnesmolekyl.
- Strukturformel. Visar grafiskt det inbördes arrangemanget av atomer i en molekyl. Kemiska bindningar mellan atomer indikeras med linjer. Det finns tvådimensionella (2D) och tredimensionella (3D) formler. Tvådimensionell representerar en reflektion av materiens struktur på ett plan. Tredimensionell tillåter oss att representera dess sammansättning, inbördes arrangemang, bindningar och avstånd mellan atomer närmast teoretiska modeller av materiens struktur.
- etanol
- Den enklaste formeln C 2 H 6 O
- Sann, empirisk eller grov formel: C 2 H 6 O
- Rationell formel: C 2 H 5 OH
- Rationell formel i semi-expanderad form: CH 3 CH 2 OH
- Strukturformel (2D):
Det finns andra sätt att skriva kemiska formler. Nya metoder dök upp i slutet av 1980-talet med utvecklingen av persondatortekniken (SMILES, WLN, ROSDAL, SLN, etc.). Persondatorer använder också speciell programvara som kallas molekylära editorer för att arbeta med kemiska formler.
Brutto, strukturella och elektroniska formler av föreningar
Vutlerovs andra postulat. Den kemiska reaktiviteten hos vissa grupper av atomer beror i huvudsak på deras kemiska miljö, det vill säga på vilka atomer eller grupper av atomer en viss grupp gränsar till.
Formlerna för föreningar som vi använde i studiet av oorganisk kemi återspeglar endast antalet atomer av ett visst element i en molekyl. Sådana formler kallas "bruttoformler" eller "molekylformler".
Som följer av Vutlerovs första postulat, i organisk kemi, är inte bara antalet vissa atomer i en molekyl viktigt, utan också ordningen för deras bindning, det vill säga det är inte alltid tillrådligt att använda empiriska formler för organiska föreningar. Till exempel, för tydlighetens skull, när vi övervägde strukturen hos metanmolekylen, använde vi strukturformler - en schematisk representation av ordningen för bindande atomer till en molekyl. När man avbildar strukturformler indikeras en kemisk bindning med ett streck, en dubbelbindning med två streck, etc.
Den elektroniska formeln (eller Lewis-formeln) är väldigt lik strukturformeln, men i det här fallet är det inte bildade bindningar som avbildas, utan elektroner, både de som bildar en bindning och de som inte bildar den.
Till exempel kan den redan övervägda sulfatsyran skrivas med följande formler. Bruttoformeln är H 2 80 4 , de strukturella och elektroniska formlerna är som följer:
Strukturformler organiska föreningar
Nästan alla organiska ämnen består av molekyler vars sammansättning uttrycks med kemiska formler, till exempel CH 4, C 4 H 10, C 2 H 4 O 2. Hur är strukturen hos organiska molekyler? Denna fråga ställdes i mitten av 1800-talet av grundarna av organisk kemi, F. Kekule och A. M. Vutlerov. Genom att undersöka sammansättningen och egenskaperna hos olika organiska ämnen kom de till följande slutsatser:
Atomerna i organiska ämnens molekyler är förbundna med kemiska bindningar i en viss sekvens, beroende på deras valens. Denna sekvens kallas den kemiska strukturen;
Kolatomer i alla organiska föreningar är chotivalenta, och andra element uppvisar sina karakteristiska valenser.
Dessa bestämmelser är grunden för teorin om strukturen hos organiska föreningar, formulerad av O. M. Butlerov 1861.
Den kemiska strukturen hos organiska föreningar presenteras tydligt av strukturformler där de kemiska bindningarna mellan atomer indikeras med streck. Det totala antalet streck som sträcker sig från symbolen för varje element är lika med dess valens för atomen. Multipelbindningar representeras av två eller tre streck.
Med hjälp av exemplet på ett mättat kolvätepropan C 3 H 8 kommer vi att överväga hur man komponerar strukturformeln för ett organiskt ämne.
1. Föreställande ett kolskelett. I det här fallet består kedjan av tre kolatomer:
S-S- MED
2. Kol är fyrvärt, så från varje kolatom skildrar vi otillräckliga egenskaper på ett sådant sätt att det finns fyra egenskaper bredvid varje atom:
3. Vi lägger till symbolerna för väteatomer:
Ofta skrivs strukturformler i förkortad form, utan att visa C-H-bindningar. Förkortade strukturformler är mycket mer kompakta än expanderade:
CH 3 - CH 2 - CH 3.
Strukturformler visar endast sekvensen av anslutande atomer, men återspeglar inte den rumsliga strukturen hos molekyler, i synnerhet bindningsvinklar. Det är till exempel känt att vinkeln mellan C-bindningarna i propan är 109,5°. Strukturformeln för propan ser dock ut som att denna vinkel är 180°. Därför skulle det vara mer korrekt att skriva strukturformeln för propan i en mindre bekväm, men mer sann form:
Professionella kemister använder följande strukturformler, där varken kolatomer eller väteatomer visas alls, utan endast kolskelettet visas i form av sammankopplade C-C-bindningar, såväl som funktionella grupper. För att ryggraden inte ska se ut som en sammanhängande linje avbildas kemiska bindningar i en vinkel mot varandra. Så i C 3 H 8-propanmolekylen finns det bara två C-C-bindningar, så propan representeras av två streck.
Homolog serie av organiska föreningar
Tänk på strukturformlerna för två föreningar av samma klass, till exempel alkoholer:
Molekyler av metyl CH 3 OH och etyl C 2 H 5 OH alkoholer har samma funktionella grupp OH, gemensam för hela klassen av alkoholer, men skiljer sig i längden på kolskelettet: i etanol finns en kolatom mer. Om man jämför strukturformlerna kan man se att med en ökning av kolkedjan med en kolatom ändras ämnets sammansättning till en CH 2 -grupp, med en förlängning av kolkedjan med två atomer, med två CH 2 -grupper , etc.
Föreningar av samma klass som har en liknande struktur, men som skiljer sig i sammansättning med en eller flera CH 2 -grupper, kallas homologer.
CH2-gruppen kallas den homologa skillnaden. Uppsättningen av alla homologer bildar en homolog serie. Metanol och etanol tillhör den homologa serien av alkoholer. Alla ämnen i samma serie har liknande kemiska egenskaper, och deras sammansättning kan uttryckas med en allmän formel. Till exempel är den allmänna formeln för den homologa serien av alkoholer C n H 2 n +1 VANN, där n - naturligt nummer.
|
Anslutningsklass |
Allmän formel |
Allmän formel med tilldelning av en funktionell grupp |
|
Alkaner |
C n H 2 n + 2 |
|
|
Cykloalkaner |
CnH2n |
|
|
Alkenes |
CnH2n |
|
|
Alkadieni |
CnH2n-2 |
|
|
Alkini |
CnH2n-2 |
|
|
Mononukleära arenor (homolog serie med bensen) |
CnH2n-6 |
|
|
Envärda alkoholer är blå |
C n H 2 n + 2 V |
CnH2n+1BH |
|
Flervärda alkoholer |
CnH2n + 2Ox |
CnH2n + 2-x (B H) x |
|
Aldehyder |
C n H 2 n B |
CnH2n+1 CHO |
|
Monobasiska karboxylsyror |
C n H 2 n O 2 |
CnH2n+1 COOH |
|
estrar |
C n H 2 n B |
CnH2n+1 COOC n H2n+1 |
|
Kolhydrater |
Cn (H2O) m |
|
|
Aminer, primära |
C n H 2 n + 3 N |
CnH2n+1 NH2 |
|
Aminosyror |
CnH2n+1 NO |
H 2 NC n H 2n COOH |
Ämnets bruttoformel och dess omvandling till toluen indikerar att det är metylcyklohexadien. Den kan tillsätta aleinsyraanhydrid, vilket är typiskt för konjugerade diener.
Den empiriska formeln för ett ämne bestäms tillförlitligt endast genom en kombination av elementaranalys med bestämning av molekylvikt.
Bestämning av den empiriska formeln för ett ämne kräver således en analys av den homologa serien av fragmentjoner och karakteristiska skillnader.
Hur fastställs bruttoformeln för ett ämne.
Utöver PMR-spektrumet och bruttoformeln för ett ämne finns det data om dess natur eller ursprung för att fastställa strukturformeln, utan vilken en entydig tolkning av spektrumet skulle vara omöjlig.
I början av varje artikel anges ämnets bruttoformel, dess namn och strukturformeln. Sökningen efter det önskade ämnet i katalogen utförs enligt den kända bruttoformeln och formelindexet eller enligt det kända namnet och det alfabetiska indexet som finns i slutet av katalogen.
I den första kolumnen i alla tabeller anges ämnets bruttoformel, i nästa kolumn - dess kemiska formel. Temperaturen vid vilken mätningarna gjordes anges sedan. För halogener (förutom jod) ges endast data som erhållits vid standardtemperaturen för flytande kväve för NQR (77 K) - Data för andra temperaturer ges i avsaknad av mätningar vid 77 K, vilket anges i noterna.
Masspektrometrimetoder används för att identifiera ämnen, bestämma ämnens bruttoformler och deras kemiska struktur. Viktiga för kemin är sådana fysikaliska egenskaper som joniseringspotentialen och brytningsenergin hos kemiska bindningar.
För att hitta någon förening i formelindexet måste du först beräkna ämnets bruttoformel och ordna elementen enligt Hill-systemet: för oorganiska ämnen i alfabetisk ordning, till exempel H3O4P (fosforsyra), CuO4S (kopparsulfat), O7P2Zn2 (zinkpyrofosfat), etc. .
För att hitta någon förening i formelindexet måste du först beräkna ämnets bruttoformel och ordna elementen enligt Hill-systemet: för oorganiska ämnen i alfabetisk ordning, till exempel H3O4P (fosforsyra), CuO4S (kopparsulfat), O7P2Zn2 (zinkpyrofosfat), etc. .
Möjligheterna med masspektrometri med låg upplösning tillåter inte att separera det andra och tredje steget av gruppidentifiering, och bestämningen av bruttoformeln för ett ämne utförs samtidigt med begränsningen av antalet möjliga alternativ för att tilldela den till specifika homologa serier . Per definition kombinerar en homolog grupp serier av föreningar vars massatal är jämförbara modulo 14, inklusive isobariska. I vissa fall har isobariska föreningar av olika serier liknande fragmenteringsmönster, vilket visar sig i likheten mellan deras lågupplösta masspektra.
Molekyljonens massa (180 1616) har mätts med hög noggrannhet, vilket gör det möjligt att omedelbart bestämma ämnets bruttoformel.
Med utgångspunkt från det föregående föreslås viktlösa metoder för att bestämma stökiometrin hos molekyler som kännetecknar ett ämnes bruttoformel vid elementaranalys av organiska föreningar. I grund och botten är dessa metoder utformade för att bestämma stökiometrin för organogena element: kol, väte och kväve. De är baserade på en jämförelse av de analytiska signalerna från mineraliseringsprodukterna från ett prov av ett ämne. Sådana signaler är till exempel områdena för kromatografiska toppar, volymerna titrant som är gemensamma för två grundämnen, etc. Det är alltså möjligt att arbeta utan balanser med mikro- och ultramikro-kvantiteter.
Kvantitativ analys av polymerer inkluderar följande frågor: 1) kvantitativ elementaranalys, som gör det möjligt att fastställa bruttoformeln för ett ämne; 2) bestämning av antalet funktionella och ändgrupper i polymerkedjor; 3) definition av en brygga.
De exakta värdena på molekylvikten kan erhållas från masspektra och ligger bakom vissa alternativa antaganden om ämnets bruttoformel, dess kvalitativa och kvantitativa sammansättningar. Så i synnerhet kan en udda molekylvikt tjäna som bevis på närvaron av en (tre, fem, vanligtvis ett udda antal) kväveatom i en molekyl: kväve är det enda organogena elementet med en udda valens vid en jämn ato. Tvärtom indikerar en jämn molekylvikt frånvaron av kväve eller möjligheten till ett jämnt antal av dess atomer. Således kan till exempel en organisk substans med M 68 bara ha tre empiriska formler: CsHs, 4 6 eller C3H, och att ta hänsyn till dem kommer i hög grad att underlätta tolkningen av spektraldata och det slutliga valet av struktur.
En ännu mer värdefull källa till nödvändig ytterligare information är data för kvantitativ (elementar) analys, som i kombination med bestämning av molekylvikten gör det möjligt att fastställa bruttoformeln för ett ämne.
En ännu mer värdefull källa till den nödvändiga ytterligare informationen är data för kvantitativ (elementar) analys, som i kombination med bestämning av molekylvikt gör det möjligt att fastställa bruttoformeln för ett ämne. Klassiska (kemiska) metoder för att fastställa den empiriska formeln ersätts nu alltmer av masspektrometriska metoder baserade på noggrann mätning av intensiteten hos isotoplinjer av molekylära joner eller mycket noggrann mätning av masstal på högupplösta spektrometrar.
En ännu mer värdefull källa till nödvändig ytterligare information är data för kvantitativ (elementar) analys, som i kombination med bestämning av molekylvikten gör det möjligt att fastställa bruttoformeln för ett ämne.
Observera att detta är ett sällsynt fall när bruttoformeln motsvarar ett ämne. Vanligtvis, baserat på dessa data, kan vi bara ange substansens bruttoformel, men inte strukturformeln. Och ofta kan vi inte ens tilldela ett ämne till en viss klass. För att erhålla strukturformeln för ett ämne behövs ytterligare data om detta ämnes kemiska egenskaper.
Elementaranalys används för kvantitativ bestämning av organiska och organiska elementföreningar som innehåller kväve, halogener, svavel, såväl som arsenik, vismut, kvicksilver, antimon och andra grundämnen. Elementaranalys kan också användas för att kvalitativt bekräfta närvaron av dessa element i testföreningens sammansättning eller för att fastställa eller bekräfta bruttoformeln för ett ämne.
Den sista raden är mindre trolig, eftersom dess tecken är närvaron i spektra av intensiva toppar av den fjärde homologa gruppen, som saknas i det aktuella fallet. Den efterföljande specifikationen av uppdraget kan otvetydigt utföras med hjälp av spektra för jonserier (se avsnitt 5.5), men med hänsyn till den höga intensiteten hos topparna av molekylära joner i detta spektrum, är det tillrådligt att förfina den empiriska formeln för ämnet använder isotopiska signaler.
Begreppet homologi är ett av de viktigaste inom organisk kemi, och homologiska serier utgör grunden för den moderna klassificeringen av organiska föreningar. Frågorna om att föreningar tillhör olika homologa serier är mycket viktiga och associeras till exempel med problemen med isomerism i organisk kemi, i synnerhet med skapandet av effektiva algoritmer för att bestämma antalet möjliga isomerer med den empiriska formeln för en substans med hjälp av en dator.
Schema för kvantitativ elementaranalys. I elementaranalys finns det en tendens att minska manuellt arbete och öka noggrannheten i bestämningarna. Utvecklingen av instrumentell teknik har gjort det möjligt under de senaste åren att utveckla en anordning för automatisk elementaranalys, där koldioxid, vatten och kväve som bildas vid förbränning av ett prov leds av en heliumström till en gaskromatograf som är fäst vid till anordningen, med hjälp av vilken deras samtidiga kvantitativa bestämning utförs. Å andra sidan gör användningen av en högupplöst masspektrometer (se avsnitt 1.1.9.3) det möjligt att bestämma bruttoformeln för ett ämne på ett enkelt sätt utan att utföra en kvantitativ elementaranalys.
Ett interaktivt driftsätt för RASTER-systemet har utvecklats. Informationsutbytet mellan en person och en dator sker via en alfanumerisk display. Programmet frågar arbetaren och anger samtidigt svarets form. Information krävs om vilka typer av experimentella spektra som finns tillgängliga, om deras egenskaper och spektrala parametrar. Efter att ha angett all spektral information och substansens bruttoformel, indikerar operatören läget för att konstruera implikationer - logiska samband mellan egenskaperna hos spektrumet och föreningens struktur. Operatören har möjlighet att göra ändringar i dem: exkludera eller lägga till information till biblioteksfragment, ta bort eventuella konsekvenser eller lägga till nya. Som ett resultat av att lösa systemet med konsekventa logiska ekvationer, visas uppsättningar av fragment på displayen som uppfyller spektra och kemisk information.
Vid manuell bearbetning av masspektra är det nödvändiga steget för identifiering bestämningen av ämnets klass. Detta steg, uttryckligen eller underförstått, ingår också i många komplexa identifieringsalgoritmer designade för datorer. En liknande operation kan också utföras i fallet då analytens masspektrum inte var känt tidigare, men fragmenteringsmönstren för den klass av föreningar som den tillhör är väl studerade. Detta är möjligt på basis av de kvalitativa och kvantitativa fragmenteringsmönster som är gemensamma för en given klass eller homolog serie. Om det för en okänd komponent var möjligt att registrera en topp som är lika viktig för identifiering som toppen av en molekyljon, så, i kombination med information om föreningens klass, gör molekylvikten det möjligt att bestämma bruttoformeln för ämne. Det bör noteras att användningen av isotoptoppar för att bestämma den empiriska formeln i kromato-masspektrometrisk analys är av begränsat värde och är endast möjlig vid en hög intensitet av dessa toppar och toppen av molekyljonen. För enskilda grupper av isomerer av aromatiska och paraffiniska kolväten har algoritmer för individuell identifiering utvecklats, byggda med hänsyn till vissa kvantitativa egenskaper hos deras masspektra.
Tja, för att slutföra vår bekantskap med alkoholer, kommer jag att ge en annan formel av ett annat välkänt ämne - kolesterol. Alla vet inte att det är en envärd 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+)>-/-/<->`\
Jag markerade hydroxylgruppen i den med rött.
karboxylsyror
Alla vinmakare vet att vin måste hållas borta från luften. Annars blir det surt. Men kemister vet orsaken - om du lägger till en syreatom till i alkohol får du en syra.Låt oss titta på formlerna för syror som erhålls från alkoholer som redan är bekanta för oss:
| Ämne | Skelettformel | Grov formel | ||
|---|---|---|---|---|
| Metansyra (myrsyra) |
H/C`|O|\OH | HCOOH | O//\OH | |
| Etansyra (ättiksyra) |
H-C-C\ÅH; H|#C|H | CH3-COOH | /`|O|\OH | |
| propansyra (metylättiksyra) |
H-C-C-C\ÅH; H|#2|H; H|#3|H | CH3-CH2-COOH | \/`|O|\OH | |
| Butansyra (Smörsyra) |
H-C-C-C-C\ÅH; H|#2|H; H|#3|H; H|#4|H | CH3-CH2-CH2-COOH | /\/`|O|\OH | |
| Generaliserad formel | (R)-C\ÅH | (R)-COOH eller (R)-CO2H | (R)/`|O|\OH |
En utmärkande egenskap hos organiska syror är närvaron av en karboxylgrupp (COOH), vilket ger sådana ämnen sura egenskaper.
Alla som provat vinäger vet att det är väldigt surt. Anledningen till detta är närvaron av ättiksyra i den. Vanligtvis innehåller bordsvinäger 3 till 15 % ättiksyra, med resten (mest) vatten. Att äta outspädd ättiksyra är livsfarligt.
Karboxylsyror kan ha flera karboxylgrupper. I det här fallet kallas de: tvåbasisk, tredelad etc...
Livsmedelsprodukter innehåller många andra organiska syror. Här är bara några av dem:
Namnet på dessa syror motsvarar de livsmedelsprodukter som de ingår i. Observera förresten att det finns syror här som också har en hydroxylgrupp som är karakteristisk för alkoholer. Sådana ämnen kallas hydroxikarboxylsyror(eller hydroxisyror).
Under var och en av syrorna är signerad, som anger namnet på gruppen av organiska ämnen som den tillhör.
Radikaler
Radikaler är ett annat begrepp som har påverkat kemiska formler. Ordet i sig är säkert känt för alla, men inom kemin har radikaler ingenting att göra med politiker, rebeller och andra medborgare med en aktiv position.
Här är de bara fragment av molekyler. Och nu kommer vi att ta reda på vad som är deras egenhet och bekanta oss med ett nytt sätt att skriva kemiska formler.
Ovan i texten har generaliserade formler redan nämnts flera gånger: alkoholer - (R) -OH och karboxylsyror - (R) -COOH. Låt mig påminna dig om att -OH och -COOH är funktionella grupper. Men R är radikalen. Inte konstigt att det avbildas i form av bokstaven R.
Mer specifikt är en envärd radikal en del av en molekyl som saknar en väteatom. Tja, om man tar bort två väteatomer får man en tvåvärd radikal.
Radikaler inom kemin har sina egna namn. Några av dem fick till och med latinska beteckningar, liknande beteckningarna för elementen. Och dessutom kan ibland radikaler i formler anges i en förkortad form, som mer påminner om grova formler.
Allt detta visas i följande tabell.
| namn | Strukturformel | Beteckning | Kort formel | alkoholexempel | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Metyl | CH3-() | Mig | CH3 | (Mig)-OH | CH3OH | |
| Etyl | CH3-CH2-() | Et | C2H5 | (Et)-OH | C2H5OH | |
| Propil | CH3-CH2-CH2-() | Pr | C3H7 | (Pr)-OH | C3H7OH | |
| Isopropyl | H3C\CH(*`/H3C*)-() | i-Pr | C3H7 | (i-Pr)-OH | (CH3)2CHOH | |
| Fenyl | `/`=`\//-\\-{} | Ph | C6H5 | (Ph)-OH | C6H5OH | |
Jag tror att allt är klart här. Jag vill bara uppmärksamma er på spalten som ger exempel på alkoholer. Vissa radikaler skrivs i en form som liknar en empirisk formel, men den funktionella gruppen skrivs separat. Till exempel omvandlas CH3-CH2-OH till C2H5OH.
Och för grenade kedjor som isopropyl används konstruktioner med konsoler.
Det finns ett annat fenomen fria radikaler. Det är radikaler som av någon anledning skiljde sig från funktionella grupper. I det här fallet bryts en av reglerna som vi började studien av formler med: antalet kemiska bindningar motsvarar inte längre valensen hos en av atomerna. Jo, eller så kan man säga att en av länkarna blir öppen från ena änden. Vanligtvis lever fria radikaler under en kort tid, eftersom molekylerna tenderar att återgå till ett stabilt tillstånd.
Introduktion till kväve. Aminer
Jag föreslår att bekanta mig med ett annat element som ingår i många organiska föreningar. Detta kväve.
Det betecknas med den latinska bokstaven N och har en valens på tre.
Låt oss se vilka ämnen som erhålls om kväve tillsätts till välbekanta kolväten:
| Ämne | Utökad strukturformel | Förenklad strukturformel | Skelettformel | Grov formel |
|---|---|---|---|---|
| Aminometan (metylamin) |
H-C-N\H;H|#C|H | CH3-NH2 | \NH2 | |
| Aminoetan (etylamin) |
H-C-C-N\H;H|#C|H;H|#3|H | CH3-CH2-NH2 | /\NH2 | |
| Dimetylamin | 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>\ | |
| Aminobensen (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 | |
| Trietylamin | $lutning(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<`|/>\| |
Som du säkert gissat från namnen, är alla dessa ämnen kombinerade under det vanliga namnet aminer. Den funktionella gruppen ()-NH2 kallas aminogrupp. Här är några allmänna formler för aminer:
Generellt sett finns det inga speciella innovationer här. Om dessa formler är tydliga för dig, kan du säkert engagera dig i ytterligare studier av organisk kemi med hjälp av någon lärobok eller Internet.
Men jag skulle vilja prata mer om formler inom oorganisk kemi. Du kommer att se hur lätt det kommer att vara att förstå dem efter att ha studerat strukturen hos organiska molekyler.
Rationella formler
Man bör inte dra slutsatsen att oorganisk kemi är enklare än organisk. Naturligtvis ser oorganiska molekyler vanligtvis mycket enklare ut eftersom de inte tenderar att bilda de komplexa strukturer som kolväten gör. Men å andra sidan måste man studera mer än hundra grundämnen som utgör det periodiska systemet. Och dessa element tenderar att kombineras enligt deras kemiska egenskaper, men med många undantag.
Så jag ska inte säga något av det här. Ämnet för min artikel är kemiska formler. Och med dem är allt relativt enkelt.
De mest använda inom oorganisk kemi är rationella formler. Och nu kommer vi att ta reda på hur de skiljer sig från de som redan är bekanta för oss.
Låt oss först bekanta oss med ett annat element - kalcium. Detta är också ett mycket vanligt föremål.
Det är utpekat Ca och har en valens på två. Låt oss se vilka föreningar det bildar med kol, syre och väte som vi känner till.
| Ämne | Strukturformel | rationell formel | Grov formel |
|---|---|---|---|
| kalciumoxid | Ca=O | CaO | |
| kalcium hydroxid | H-O-Ca-O-H | Ca(OH)2 | |
| Kalciumkarbonat | $slope(45)Ca`/O\C|O`|/O`\#1 | CaCO3 | |
| Kalciumbikarbonat | HO/`|O|\O/Ca\O/`|O|\OH | Ca(HC03)2 | |
| Kolsyra | H|O\C|O`|/O`|H | H2CO3 |
Vid första anblicken kan man se att den rationella formeln är en mellanting mellan struktur- och bruttoformlerna. Men än så länge är det inte särskilt klart hur de erhålls. För att förstå innebörden av dessa formler måste du överväga de kemiska reaktioner som ämnen deltar i.
Kalcium i sin renaste form är en mjuk vit metall. Det förekommer inte i naturen. Men det är fullt möjligt att köpa det i en kemikalieaffär. Det förvaras vanligtvis i speciella burkar utan lufttillgång. Eftersom det reagerar med syre i luften. Det är faktiskt därför det inte förekommer i naturen.
Så, reaktionen av kalcium med syre:
2Ca + O2 -> 2CaO
Siffran 2 före formeln för ett ämne betyder att 2 molekyler är inblandade i reaktionen.
Kalciumoxid bildas av kalcium och syre. Detta ämne förekommer inte heller i naturen eftersom det reagerar med vatten:
CaO + H2O -> Ca(OH2)
Det visar sig kalciumhydroxid. Om du tittar noga på dess strukturformel (i föregående tabell) kan du se att den bildas av en kalciumatom och två hydroxylgrupper, som vi redan är bekanta med.
Dessa är kemins lagar: om en hydroxylgrupp är bunden till ett organiskt ämne erhålls alkohol, och om till en metall, då hydroxid.
Men kalciumhydroxid finns inte i naturen på grund av närvaron av koldioxid i luften. Jag tror att alla har hört talas om den här gasen. Det bildas under andning av människor och djur, förbränning av kol och petroleumprodukter, under bränder och vulkanutbrott. Därför finns det alltid i luften. Men det löser sig också ganska bra i vatten och bildar kolsyra:
CO2 + H2O<=>H2CO3
Skylt<=>indikerar att reaktionen kan fortgå i båda riktningarna under samma betingelser.
Således reagerar kalciumhydroxid löst i vatten med kolsyra och förvandlas till svårlösligt kalciumkarbonat:
Ca(OH)2 + H2CO3 -> CaCO3"|v" + 2H2O
Nedåtpilen betyder att ämnet fälls ut som ett resultat av reaktionen.
Vid ytterligare kontakt mellan kalciumkarbonat och koldioxid i närvaro av vatten sker en reversibel reaktion för att bilda ett surt salt - kalciumbikarbonat, som är mycket lösligt i vatten.
CaCO3 + CO2 + H2O<=>Ca(HC03)2
Denna process påverkar vattnets hårdhet. När temperaturen stiger omvandlas bikarbonatet tillbaka till karbonat. Därför, i regioner med hårt vatten, bildas kalk i vattenkokare.
Krita, kalksten, marmor, tuff och många andra mineraler består till stor del av kalciumkarbonat. Det finns också i koraller, blötdjursskal, djurben, etc...
Men om kalciumkarbonat värms upp på mycket hög värme, kommer det att förvandlas till kalciumoxid och koldioxid.
Denna korta berättelse om kalciumcykeln i naturen borde förklara varför rationella formler behövs. Så rationella formler är skrivna på ett sådant sätt att funktionella grupper är synliga. I vårt fall är detta:
Dessutom är enskilda element - Ca, H, O (i oxider) - också oberoende grupper.joner
Jag tycker att det är dags att bekanta sig med joner. Detta ord är förmodligen bekant för alla. Och efter att ha studerat de funktionella grupperna kostar det oss ingenting att ta reda på vilka dessa joner är.
I allmänhet är kemiska bindningars natur vanligtvis att vissa grundämnen donerar elektroner medan andra tar emot dem. Elektroner är partiklar med negativ laddning. Ett element med en full uppsättning elektroner har noll laddning. Om han gav en elektron blir dess laddning positiv, och om han accepterade den blir den negativ. Till exempel har väte bara en elektron, som det ger upp ganska lätt och förvandlas till en positiv jon. För detta finns det ett speciellt register i kemiska formler:
H2O<=>H^+ + OH^-
Här ser vi det som ett resultat elektrolytisk dissociation vatten bryts ner till en positivt laddad vätejon och en negativt laddad OH-grupp. OH^-jonen kallas hydroxidjon. Det ska inte förväxlas med hydroxylgruppen, som inte är en jon, utan en del av en molekyl. Tecknet + eller - i det övre högra hörnet visar jonens laddning.
Men kolsyra existerar aldrig som ett oberoende ämne. Faktum är att det är en blandning av vätejoner och karbonatjoner (eller bikarbonatjoner):
H2CO3 = H^+ + HCO3^-<=>2H^+ + CO3^2-
Karbonatjonen har en laddning på 2-. Det betyder att två elektroner har sammanfogat den.
Negativt laddade joner kallas anjoner. Vanligtvis inkluderar dessa sura rester.
Positivt laddade joner katjoner. Oftast är det väte och metaller.
Och här kan du förmodligen helt förstå innebörden av rationella formler. Katjonen skrivs först i dem, och sedan anjonen. Även om formeln inte innehåller några avgifter.
Du gissar förmodligen redan att joner inte bara kan beskrivas med rationella formler. Här är skelettformeln för bikarbonatanjonen:
Här indikeras laddningen direkt bredvid syreatomen, som fick en extra elektron, och därför tappade en linje. Enkelt uttryckt minskar varje extra elektron antalet kemiska bindningar som avbildas i strukturformeln. Å andra sidan, om någon nod i strukturformeln har ett +-tecken, så har den en extra stav. Som alltid måste detta faktum bevisas med ett exempel. Men bland de ämnen som vi känner till finns det inte en enda katjon som skulle bestå av flera atomer.
Och ett sådant ämne är ammoniak. Dess vattenlösning kallas ofta ammoniak och är en del av alla första hjälpen-kit. Ammoniak är en förening av väte och kväve och har den rationella formeln NH3. Tänk på den kemiska reaktion som uppstår när ammoniak löses i vatten:
NH3 + H2O<=>NH4^+ + OH^-
Samma, men med hjälp av strukturformler:
H|N<`/H>\H + H-O-H<=>H|N^+<_(A75,w+)H><_(A15,d+)H>`/H + O`^-# -H
På höger sida ser vi två joner. De bildades som ett resultat av att en väteatom flyttade från en vattenmolekyl till en ammoniakmolekyl. Men denna atom rörde sig utan sin elektron. Anjonen är redan bekant för oss - det är hydroxidjonen. Och katjonen kallas ammonium. Den uppvisar egenskaper som liknar metaller. Till exempel kan den kombineras med en syrarest. Ämnet som bildas av kombinationen av ammonium med en karbonatanjon kallas ammoniumkarbonat: (NH4)2CO3.
Här är reaktionsekvationen för interaktionen av ammonium med en karbonatanjon, skriven i form av strukturformler:
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
Men i denna form ges reaktionsekvationen i demonstrationssyfte. Vanligtvis använder ekvationer rationella formler:
2NH4^+ + CO3^2-<=>(NH4)2CO3
Hill system
Så vi kan anta att vi redan har studerat de strukturella och rationella formlerna. Men det finns en annan fråga som är värd att överväga mer i detalj. Vad är skillnaden mellan grova formler och rationella?
Vi vet varför den rationella formeln för kolsyra skrivs H2CO3 och inte annars. (Två vätekatjoner kommer först, följt av karbonatanjonen.) Men varför skrivs bruttoformeln som CH2O3?
I princip kan den rationella formeln för kolsyra mycket väl anses vara en sann formel, eftersom det inte finns några återkommande element i den. Till skillnad från NH4OH eller Ca(OH)2.
Men en extra regel tillämpas ofta på bruttoformler, som bestämmer ordningen på elementen. Regeln är ganska enkel: lägg först kol, sedan väte och sedan resten av elementen i alfabetisk ordning.
Så CH2O3 kommer ut - kol, väte, syre. Detta kallas Hill-systemet. Det används i nästan alla kemiska referensböcker. Och i den här artikeln också.
Lite om easyChem-systemet
Istället för att avsluta skulle jag vilja prata om easyChem-systemet. Den är utformad så att alla de formler som vi diskuterade här lätt kan infogas i texten. Egentligen är alla formlerna i den här artikeln ritade med easyChem.
Varför behöver vi något system för härledning av formler? Saken är att standardsättet att visa information i webbläsare är Hypertext Markup Language (HTML). Den är inriktad på textbehandling.
Rationella och grova formler kan avbildas med hjälp av text. Även vissa förenklade strukturformler kan också skrivas i text, till exempel alkohol CH3-CH2-OH. Även om du för detta måste använda denna notation i HTML: CH 3-CH 2-ÅH.
Detta skapar naturligtvis vissa svårigheter, men du kan stå ut med dem. Men hur representerar man strukturformeln? I princip kan man använda ett teckensnitt med monospace:
H H | | H-C-C-O-H | | H H Det ser verkligen inte särskilt snyggt ut, men det är också genomförbart.
Det verkliga problemet uppstår när man försöker representera bensenringar och när man använder skelettformler. Det finns inget annat sätt än att ansluta bitmappen. Raster lagras i separata filer. Webbläsare kan innehålla gif-, png- eller jpeg-bilder.
För att skapa sådana filer krävs en grafisk redigerare. Till exempel Photoshop. Men jag har varit bekant med Photoshop i mer än 10 år och jag kan med säkerhet säga att det är mycket dåligt lämpat för att avbilda kemiska formler.
Molekylära redaktörer är mycket bättre på denna uppgift. Men med ett stort antal formler, som var och en lagras i en separat fil, är det ganska lätt att bli förvirrad i dem.
Till exempel är antalet formler i den här artikeln . De visas i form av grafiska bilder (resten använder HTML-verktyg).
easyChem låter dig lagra alla formler direkt i ett HTML-dokument i textform. Jag tycker att det är väldigt bekvämt.
Dessutom beräknas bruttoformlerna i den här artikeln automatiskt. Eftersom easyChem fungerar i två steg: först omvandlas textbeskrivningen till en informationsstruktur (graf), och sedan kan olika åtgärder utföras med denna struktur. Bland dem kan följande funktioner noteras: beräkning av molekylvikt, konvertering till en bruttoformel, kontroll av möjligheten till utdata som text, grafik och textåtergivning.
För att förbereda den här artikeln använde jag därför endast en textredigerare. Dessutom behövde jag inte tänka på vilken av formlerna som skulle vara grafiska och vilka som skulle vara textmässiga.
Här är några exempel som avslöjar hemligheten med förberedelse av artikeltext: Beskrivningar från den vänstra kolumnen konverteras automatiskt till formler i den andra kolumnen.
På den första raden är beskrivningen av den rationella formeln mycket lik det visade resultatet. Den enda skillnaden är att de numeriska koefficienterna matas ut som interlinjära.
På den andra raden ges den utökade formeln som tre separata strängar, åtskilda av en symbol; Jag tror att det är lätt att se att en textbeskrivning är mycket lik vad som skulle krävas för att rita en formel med en penna på papper.
Den tredje raden visar användningen av lutande linjer med tecknen \ och /. Tecknet ` (backtick) betyder att linjen dras från höger till vänster (eller från botten till toppen).
Det finns mycket mer detaljerad dokumentation om hur du använder easyChem-systemet här.
Om detta, låt mig avsluta artikeln och önskar dig lycka till med att studera kemi.
