3.2: الصيغ الكيميائية

تقدم الصيغة الكيميائية معلومات حول نسب الذرات التي تشكل مركباً أو جزيئاً كيميائياً معيناً ، وذلك باستخدام رموز العناصر والأرقام بشكل أساسي. في بعض الأحيان، الرموز الأخرى، مثل الخطوط الفاصلة، وبين القوسين، وبين الهلالين، والفواصل، كما تُستخدم أيضاً علامات الموجب والسالب. يمكن أن تكون الصيغة الكيميائية واحدة من ثلاث أنواع – جزيئية وتجريبية وهيكلية.

الصيغة الجزيئية

تمثل الصيغة الجزيئية جزيئاً أو مركباً كيميائياً باستخدام الرموز الكيميائية (للإشارة إلى أنواع الذرات) والأرقام السفلية (لإظهار عدد ذرات كل نوع في الجزيء). تستخدم الصيغ الجزيئية أيضاً كاختصارات لأسماء المركّبات.

تتكون بعض العناصر من ذرات فردية منفصلة، مثل الغازات النبيلة، الهيليوم والنيون والأرجون. تسمى هذه العناصر بالغازات أحادية الذرّة ولها صيغ جزيئية هي He و Ne و Ar على التوالي. توجد عناصر قليلة كجزيئات تتكون من ذرّتين أو أكثر من ذرّات مرتبطة كيميائياً من نفس العنصر. على سبيل المثال، توجد عناصر مثل الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين كجزيئات ثنائية الذرّة تحتوي كل منها على ذرتين، وبالتالي لها الصيغ الجزيئية H ₂ و O ₂ و N ₂ على التوالي. وبالمثل ، توجد عناصر مثل الفوسفور والكبريت كجزيئات متعددة الذرّات لها صيغ جزيئية P ₄ و S ₈ ، على التوالي.  

من المهم ملاحظة أن الرقم السفلي الذي يتبع رمزاً أو رقماً أمامه لا يمثلان نفس الشيء؛ على سبيل المثال، تمثل H ₂ و H2 نوعين مختلفين بوضوح. H ₂ هي صيغة جزيئية ؛ إنه يمثل جزيء ثنائي الذرّة من الهيدروجين، يتكون من ذرّتين من العنصر المترابطين كيميائياً معاً. من ناحية أخرى، يشير التعبير H2 إلى ذرتين منفصلتين من الهيدروجين غير متّحدتين كوحدة. يمثّل التعبير 2H ₂ جزيئين من الهيدروجين ثنائيي الذرّة.

الصيغة التجريبية

تتشكل المركبات عندما يتّحد عنصران أو أكثر كيميائيًا ، مما يؤدي إلى تكوين الروابط. على سبيل المثال ، يمكن أن يتفاعل الهيدروجين والأكسجين لتكوين الماء ، ويمكن أن يتفاعل الصوديوم والكلور لتكوين كلوريد الصوديوم أو ملح الطعام. نَصِف تركيبة هذه المركبات أحيانًا بالصيغة التجريبية ، والتي تشير إلى أنواع الذرّات الموجودة وأبسط نسبة عدد صحيح لعدد الذرات (أو الأيونات) في المركب. على سبيل المثال، يحتوي ثاني أكسيد التيتانيوم (المستخدم كصبغة في الطلاء الأبيض وفي النوع السميك والأبيض من منتجات الوقاية من الشمس) على صيغة تجريبية لـ TiO ₂ . هذا يحدد عنصري التيتانيوم (Ti) والأكسجين (O) كمكونات لثاني أكسيد التيتانيوم ويشير إلى وجود ضِعف عدد ذرات عنصر الأكسجين من ذرات عنصر التيتانيوم.

في كثير من الحالات ، تُشتق الصيغة الجزيئية لمادة ما من تحديد تجريبي لكل من صيغتها التجريبية وكتلتها الجزيئية (مجموع الكتل الذرية لجميع الذرات المكونة للجزيء). على سبيل المثال، يمكن تحديد أن البنزين يحتوي على عنصرين، الكربون (C) والهيدروجين (H)، وأنه لكل ذرة كربون في البنزين، توجد ذرة هيدروجين واحدة. وبالتالي، فإن الصيغة التجريبية هي CH. يكشف التحديد التجريبي للكتلة الجزيئية أن جزيء البنزين يحتوي على ست ذرات كربون وست ذرات هيدروجين، وبالتالي فإن الصيغة الجزيئية للبنزين هي C ₆ H ₆ .

الصيغة الهيكلية

تعطي الصيغة الهيكلية للمركّب نفس المعلومات مثل صيغته الجزيئية (أنواع وأعداد الذرات في الجزيء) ولكنها توضح أيضاً كيفية اتصال الذرات في الجزيء. بمعنى آخر، تمثل الصيغة الهيكلية التركيب الجزيئي للمركب بشكل بياني مرسوم. يوضح الترتيب المحتمل للذرات وكيف ترتبط الذرات في فضاء حقيقي ثلاثي الأبعاد، مما يعطي مزيدًا من المعلومات حول الهندسة الجزيئية. تستخدم الخطوط لتمثيل الروابط الموجودة بين الذرات. قد تصور الصيغة أيضاً زوايا الرابطة التقريبية، مما يعطي تصوّراً لشكل الجزيء’s.  

هذا النص مقتبس من  Openstax Chemistry 2e, Section 2.4: Chemical Formulas.

المركبات الكيميائية هي مواد تتكون من عنصرين أو أكثر بنسب محددة. لوصف هذه المركبات بدقة تم تطوير الصيغ الكيميائية. توفر الصيغة الكيميائية المعلومات حول العناصر وعدد الأيونات أو الذرات المعنية.

يتم تصوير العناصر برمزها الكيميائي،بينما العدد النسبي للأيونات أو الذرات يشار إليه برقم اسفل الرمز. على سبيل المثال،سكر المائدة أو السكروز مركب يحتوي على عناصر الكربون والهيدروجين والأكسجين يتم تمثيلهما باستخدام رموزها C،H،O بينما الأرقام اثنا عشر،اثنان وعشرون،و أحدى عشر،يشير إلى إجمالي عدد ذرات الكربون والهيدروجين و الأكسجين الموجودة داخل المركب. بشكل عام،لا يتم سرد العناصر بالترتيب الأبجدي،بل بالأحرى تبدأ بالأكثر شحنة إيجابية،أو العناصر المعدنية،تليها سالبة الشحنة،أو العناصر الأقل معدنية،مثل هيدروكسيد البوتاسيوم.

يتم تصنيف الصيغ الكيميائية على أنها جزيئية،التجريبية والهيكلية. تصف الصيغ الجزيئية المركب من خلال إدراج كل عنصر والعدد الدقيق للذرات الموجودة. الصيغة الجزيئية للجلوكوز هي C_6H_12O_6،بمعنى أن الجلوكوز يتكون من ستة ذرات كربون،اثني عشرة ذرة هيدروجين،وستة ذرات أكسجين.

تعرض الصيغة التجريبية أبسط نسبة عدد صحيح من ذرات العناصر الموجودة. في الجلوكوز،أبسط نسبة من الكربون والهيدروجين وذرات الأكسجين هي 1:2:1 إعطائها الصيغة التجريبية CH_2O. الصيغة الجزيئية للمركب هو أيضًا مضاعف عدد صحيح لصيغته التجريبية.

في الجلوكوز،تتزايد صيغته التجريبية بالضرب مع العدد الصحيح ستة ليعطي صيغته الجزيئية. في المقابل،الصيغة البنائية تعرض العلاقة بين الذرات الفردية بيانيا. الرموز الكيميائية تصور الذرات،والخطوط القصيرة تشير إلى الروابط الكيميائية.

تمثل الخطوط المفردة روابط مفردة،بينما تمثل الخطوط الثنائية والثلاثية الروابط المزدوجة والثلاثية،على التوالي. هناك نماذج موسعة للصيغة البنائية مثل رسم المنظور ونموذج الكرة والعصا،أو نموذج ملء الفراغ،تقدم مناظير مختلفة ثلاثية الأبعاد حول الشكل الجزيئي. من بين الصيغ الكيميائية الثلاثة،توفر الصيغة الهيكلية أكبر قدر من المعلومات حول المواد الكيميائية،تليها الصيغة الجزيئية.

الصيغة التجريبية هي الأقل إفادة.