Den strukturella formeln är en grafisk representation av de band av en molekyl, som belyser dess struktur gång bestämdes genom spektroskopiska metoder. Det är det mest specifika sättet när man hänvisar till en specifik förening och inte till flera isomerer som motsvarar samma molekylformel.
Till exempel, butan, C 4 H 10 , har två isomerer: n-butan (linjära) och 2-metyl-propan (grenad). Molekylformeln skiljer inte mellan någon av de två; medan vi använder strukturella formler, kommer det att ses exakt att den ena är linjär och den andra grenad.
Strukturformler gör det möjligt att granska föreningarnas molekylstrukturer. Källa: Pixabay.
Att använda strukturella formler gör det lättare att förstå de förändringar som en molekyl genomgår under en kemisk reaktion; vilka av dess länkar är trasiga, hur dess struktur ändras i processen och i slutet av den. Att lära sig att läsa dessa formler är detsamma som att ytligt förutsäga molekylernas egenskaper.
Strukturformler är 2D-representationer, även om de kan indikera vissa tredimensionella och geometriska aspekter. Ju mer strukturen hos en förening undersöks, desto mer förfinad och trogen blir dess strukturella formel att bli. Annars lämnar det bort väsentliga aspekter för att förstå molekylens natur.
Exempel på strukturella formler
Varje förening har sin respektive strukturformel, som kan variera beroende på vilken typ av projektion eller perspektiv som används. Exempelvis är kondenserade och skelettformler, Lewis-strukturer och stereokemiska projektioner alla strukturella formler, avsedda för att kartlägga så mycket information som möjligt angående molekylstruktur.
Det finns så många att bara några enkla exempel kommer att behandlas.
Glukos
Olika representationer av strukturen för alfaglukos. Källa: Yikrazuul via Wikipedia.
Fyra representationer av glukosmolekylen visas i den övre bilden. Var och en är en giltig strukturformel; men 2 (Haworth-projektion) och 3 (stolprojektion) är vanligtvis de mest använda i akademiska texter och i publikationer.
4 har fördelen att det direkt indikerar vilka OH-grupper som är ovanför (tjocka kilar) eller under (prickade kilar) den hexagonala ringen; det vill säga, det underlättar förståelsen av dess stereokemi. Däremot visar 1 (Tollens-Fisher-projektionen) den linjära karaktären av glukos innan den omvandlas till dess cykliska form.
Metan
Strukturformel för metan. Källa: Gabriel Bolívar via MolView.
Ovan du har två strukturformlerna för metan, vars kondenserad molekylformel är CH 4 . För dem som saknar kunskap om kemi, kan de tolkar formeln CH 4 som om det vore en molekyl med en väteatom i mitten.
Men i verkligheten (och nödvändigtvis) gör de strukturella formlerna tydligt att kol är den centrala atomen. Därför har vi fyra CH-obligationer. Observera också att formeln till vänster skapar ett falskt intryck av att molekylen är platt, när den faktiskt är tetraedrisk (formel till höger).
Därför representeras bindningarna i strukturformeln till höger av kilar, vilket indikerar de relativa rumsliga positionerna för varje väteatom (vertikalen på tetrahedronen).
metanol
Strukturformel för metanol. Källa: NEUROtiker
Strukturformeln för metanol är praktiskt taget densamma som metan, med skillnaden att den har en H substituerad med en OH. Dess kondenserade eller kemiska formeln är CH 3 OH, och molekyl CH 4 O. Det observeras att det också består av en tetraeder.
Etanol
Strukturformel för etanol. Källa: Gabriel Bolívar via MolView.
Nu går vi vidare till etanol, nästa alkohol på listan. Dess kemiska eller kondenserad formel är CH 3 CH 2 OH, vilket i sig redan visar dess linjär struktur. För att vara tydlig visar strukturformeln i bilden ovan effektivt att etanol är rak kedja eller ryggrad.
Om du tittar noga är omgivningarna i varje kolatom tetraedriska.
Fruktos
Strukturformel för beta-D-fruktofuranos. Källa: NEUROtiker (samtal • bidrag)
Ovan har vi strukturformeln för fruktos, närmare bestämt Haworth-projektionen av dess furanusring (femledad). Notera hur mycket strukturformeln avslöjar, till skillnad från den molekylära en, C 6 H 12 O 6 , vilket sammanfaller med den av glukos, vilka båda är olika sockerarter, dock.
Vatten
Strukturformel för vatten. Källa: Benjah-bmm27 via Wikipedia.
Den kemiska formeln för vatten är H 2 O, också motsvarande de kondenserade och molekylformler. Liksom med metan kan de som inte känner till vattenmolekylen (och inte har någon uppfattning om kemiska bindningar) tro att dess struktur är OHH; men strukturformeln i bilden ovan klargör den verkliga strukturen.
Även om det inte uppskattas drar paren fria elektroner av syre och väteatomer en tetrahedron runt syret; detta är, den elektroniska geometri för vatten: tetraedral. Under tiden upprättar de två väteatomerna ett plan som liknar en boomerang; detta är, molekylär geometri för vatten: vinkel.
Även om den strukturella formeln för vatten är överlägset den enklaste av exemplen som diskuteras, döljer den fler hemligheter och avvikelser än den enbart lyckas representera.
Aspirin
Strukturformel för aspirin. Källa: Gabriel Bolívar via MolView.
Vi har en av de första "bristerna" i strukturformler: deras oförmåga att representera den aromatiska karaktären hos en struktur; vilket i detta fall motsvarar aromatisiteten hos bensen (sexkantig) ring av aspirin (ovan).
Om du tittar noga på denna formel kommer du till slutsatsen att det är en väsentligen platt molekyl; det vill säga nästan alla sina atomer "vila" i samma plan, med undantag av metylgruppen, CH 3 , till dess vänstra, där den tetraedriska miljö av kol är återigen visas.
Igen, ger strukturformeln mycket mer information än dess plana molekylformel, C 9 H 8 O 4 ; vilket motsvarar många strukturella isomerer, helt annorlunda från aspirin.
Bensen
Strukturformel för bensen. Källa: Gabriel Bolívar via MolView.
Slutligen har vi ovanför den strukturella formeln för bensen. Dess molekylformel är C 6 H 6 , vilket indikerar att den effektivt innehåller sex kolatomer och sex väteatomer. Men det säger ingenting om den verkliga strukturen av bensen.
C = C-dubbelbindningarna är inte statiska, eftersom ett par elektroner, specifikt det som är beläget i p-orbitalerna av kol, lokaliserar sig inom ringen. Följaktligen har bensen flera resonansstrukturer, var och en med sin egen strukturformel.
Denna delokalisering är en del av den aromatiska karaktären av bensen, inte troget representerad i strukturformeln till vänster. Det närmaste är att byta ut dubbelbindningarna mot en cirkel (kallas en munk av vissa) för att indikera ringens aromitet (höger om bilden).
Och hur är det med skelettformeln? Detta är mycket lik den strukturella, och skiljer sig bara på att det inte representerar väteatomer; och därför är det mer förenklad och mer bekväm att grafera. Bensenringen till höger skulle vara dess skelettformel.
referenser
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi (8: e upplagan). CENGAGE Learning.
- Wikipedia. (2020). Strukturformel. Återställd från: en.wikipedia.org
- Nissa Garcia. (2020). Strukturformler: Definition och exempel. Studie. Återställd från: study.com
- Clark Jim. (2012). Rita organiska molekyler. Återställd från: chemguide.co.uk
- William Reusch. (5 maj 2013). Formen av molekyler. Återställd från: 2.chemistry.msu.edu