3.2: 화학 공식

화학식은 주로 원소 기호와 숫자를 사용하여 특정 화합물이나 분자를 구성하는 원자의 비율에 대한 정보를 나타냅니다. 때로는 대시, 괄호, 대괄호, 쉼표, 더하기 및 빼기 기호와 같은 다른 기호도 사용됩니다. 화학식은 분자식, 실험식, 구조식의 세 가지 유형 중 하나일 수 있습니다.

분자식

분자식은 화학 기호(원자의 유형을 나타냄)와 아래 첨자 숫자(분자 내 각 유형의 원자 수를 나타냄)를 사용하여 분자 또는 화합물을 나타냅니다. 분자식은 화합물 이름의 약어로도 사용됩니다.

일부 원소는 비활성 기체인 헬륨, 네온, 아르곤과 같은 별개의 개별 원자로 구성됩니다. 이러한 원소를 단원자 기체라고 하며 각각 He, Ne 및 Ar의 분자식을 갖습니다. 동일한 원소의 두 개 이상의 화학적 결합 원자로 구성된 분자로 존재하는 원소는 거의 없습니다. 예를 들어, 수소, 산소, 질소와 같은 원소는 각각 두 개의 원자를 포함하는 이원자 분자로 존재하므로 각각 분자식 H_2, O_2, N_2를 갖습니다. 마찬가지로, 인과 황과 같은 원소는 각각 분자식 P_4와 S_8을 갖는 다원자 분자로 존재합니다.

기호 뒤의 아래 첨자와 기호 앞의 숫자는 동일한 것을 나타내지 않는다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 예를 들어, H_2와 2H는 뚜렷이 다른 종을 나타냅니다. H_2는 분자식이다. 그것은 화학적으로 결합된 두 개의 원소 원자로 구성된 수소의 이원자 분자를 나타냅니다. 반면에 2H라는 표현은 하나의 단위로 결합되지 않은 두 개의 분리된 수소 원자를 나타냅니다. 2H_2라는 표현은 이원자 수소 두 분자를 나타냅니다.

실험식

화합물은 두 개 이상의 원소가 화학적으로 결합하여 결합을 형성할 때 형성됩니다. 예를 들어, 수소와 산소는 반응하여 물을 형성할 수 있고, 나트륨과 염소는 반응하여 염화나트륨이나 식염을 형성할 수 있습니다. 우리는 때때로 존재하는 원자의 유형과 화합물에 포함된 원자(또는 이온) 수의 가장 간단한 정수 비율을 나타내는 실험식을 사용하여 이러한 화합물의 구성을 설명합니다. 예를 들어, 이산화티타늄(흰색 페인트와 두껍고 흰색의 차단형 자외선 차단제에 안료로 사용됨)의 실험식은 TiO_2입니다. 이는 티타늄(Ti)과 산소(O) 원소가 이산화티타늄의 구성 성분임을 확인하고, 티타늄 원소 원자보다 산소 원소 원자가 두 배 더 많이 존재함을 나타냅니다.

많은 경우 물질의 분자식은 실험식과 분자 질량(분자를 구성하는 모든 원자의 원자 질량의 합)의 실험적 결정에서 파생됩니다. 예를 들어, 벤젠에는 탄소(C)와 수소(H)라는 두 가지 원소가 포함되어 있으며 벤젠의 모든 탄소 원자에는 수소 원자가 1개 있다는 것을 실험적으로 확인할 수 있습니다. 따라서 실험식은 CH입니다. 분자 질량을 실험적으로 측정한 결과 벤젠 분자에는 6개의 탄소 원자와 6개의 수소 원자가 포함되어 있으므로 벤젠의 분자식은 C_6H_6입니다.

구조식

화합물의 구조식은 분자식과 동일한 정보(분자 내 원자의 유형 및 수)를 제공하지만 원자가 분자 내에서 어떻게 연결되어 있는지도 보여줍니다. 즉, 구조식은 화합물의 분자 구조를 그래픽으로 나타냅니다. 이는 원자의 예상되는 배열과 원자가 실제 3차원 공간에서 어떻게 연결되어 있는지 보여줌으로써 분자 기하학에 대한 더 많은 정보를 제공합니다. 선은 원자 사이에 존재하는 결합을 나타내는 데 사용됩니다. 공식은 대략적인 결합각을 묘사하여 분자의 모양을 알려줄 수도 있습니다.

이 문서는 에서 발췌되었습니다  Openstax Chemistry 2e, Section 2.4: Chemical Formulas.

화합물은 둘 이상의 원소가 특정 비율로 구성된 물질입니다. 이러한 화합물을 정확하게 설명하기 위해 화학식이 생겨나게 되었습니다. 화학식은 원소와 그와 관련된 이온 또는 원자의 수에 대한 정보를 제공합니다.

원소는 화학 기호로 표시되며 이온 또는 원자의 상대적인 수는 아래 첨자의 수로 표시됩니다. 예를 들어, 설탕이나 자당류는 탄소와 수소, 그리고 산소를 포함하는 화합물이며 각각의 기호 C, H, O를 사용하여 표현됩니다. 숫자 12, 22, 11은 화합물 내에 존재하는 탄소, 수소, 산소 원자의 총 수를 나타냅니다.

일반적으로 원소는 알파벳 순서로 나열되는 것이 아니라 양전하 또는 금속 원소로 시작하여 음전하 또는 덜 금속적인 원소로 배열합니다. 수산화칼륨과 같이 말이죠. 화학식은 분자식, 실험식, 구조식으로 분류됩니다.

분자식은 각 원소와 존재하는 원자의 정확한 수를 나열하는 것으로 화합물을 나타냅니다. 포도당의 분자식은 C six H twelve O six 인데 이는 포도당이 탄소 여섯 개, 수소 열 두 개, 산소 여섯 개로 구성되어 있다는 뜻입니다. 실험식은 존재하는 원소의 원자들에 대한 가장 간단한 정수 비율을 표시합니다.

포도당에서 탄소, 수소, 산소 원자의 가장 단순한 비율은 1대 2대 1이므로 실험식은 C H two O로 됩니다. 화합물의 분자식은 실험식의 정수배수입니다. 포도당에서는 실험식에 정수 6을 곱하면 분자식이 됩니다.

이와는 대조적으로 구조식은 개별 원자들 사이의 관계를 그래픽으로 나타냅니다. 화학 기호는 원자를 나타내고 짧은 선들은 화학적 결합을 나타냅니다. 단일 라인은 단일 결합을 나타내며 이중 라인과 삼중 라인은 각각 이중 결합 및 삼중 결합을 나타냅니다.

투시도, 공-막대모형 또는 공간 충전 모형과 같은 구조식의 확장된 모형에서는 분자 모양에 대한 다양한 3차원적 표현을 제공합니다. 세 가지 화학식 중에서, 구조식이 화학 물질에 대한 가장 많은 정보를 제공하며 그 다음은 분자식입니다. 실험식이 전달하는 정보량이 제일 적습니다.