Wzory chemiczne

Wzór chemiczny przedstawia informacje o proporcjach atomów składających się na dany związek chemiczny lub cząsteczkę, głównie za pomocą symboli pierwiastków i liczb. Czasami używane są również inne symbole, takie jak myślniki, nawiasy, nawiasy, przecinki, znaki plus i minus. Wzór chemiczny może być jednym z trzech typów – molekularnym, empirycznym i strukturalnym.

Wzór cząsteczkowy

Wzór cząsteczkowy reprezentuje cząsteczkę lub związek chemiczny za pomocą symboli chemicznych (w celu wskazania typów atomów) i liczb indeksu dolnego (w celu pokazania liczby atomów każdego typu w cząsteczce). Wzory cząsteczkowe są również używane jako skróty nazw związków.

Niektóre pierwiastki składają się z dyskretnych, pojedynczych atomów, takich jak gazy szlachetne hel, neon i argon. Takie pierwiastki nazywane są gazami jednoatomowymi i mają wzory cząsteczkowe odpowiednio He, Ne i Ar. Niewiele pierwiastków istnieje jako cząsteczki składające się z dwóch lub więcej chemicznie związanych atomów tego samego pierwiastka. Na przykład pierwiastki takie jak wodór, tlen i azot istnieją jako cząsteczki dwuatomowe zawierające po dwa atomy każda, a zatem mają wzory cząsteczkowe odpowiednio_H2,_O2 i_N2. Podobnie pierwiastki takie jak fosfor i siarka występują jako cząsteczki wieloatomowe o wzorach cząsteczkowych odpowiednio P₄ i S₈. 

Ważne jest, aby zauważyć, że indeks dolny następujący po symbolu i liczba przed symbolem nie reprezentują tego samego; na przykład H₂ i 2H reprezentują wyraźnie różne gatunki. H₂ jest wzorem cząsteczkowym; Reprezentuje dwuatomową cząsteczkę wodoru, składającą się z dwóch atomów pierwiastka, które są ze sobą chemicznie połączone. Z drugiej strony wyrażenie 2H wskazuje na dwa oddzielne atomy wodoru, które nie są połączone w jednostkę. Wyrażenie 2H₂ reprezentuje dwie cząsteczki dwuatomowego wodoru.

Formuła empiryczna

Związki powstają, gdy dwa lub więcej pierwiastków łączy się chemicznie, co prowadzi do powstania wiązań. Na przykład wodór i tlen mogą reagować, tworząc wodę, a sód i chlor mogą reagować, tworząc chlorek sodu lub sól kuchenną. Czasami opisujemy skład tych związków za pomocą wzoru empirycznego, który wskazuje rodzaje obecnych atomów i najprostszy stosunek liczby całkowitej do liczby atomów (lub jonów) w związku. Na przykład dwutlenek tytanu (stosowany jako pigment w białej farbie i w gęstym, białym, blokującym filtrze przeciwsłonecznym) ma empiryczną formułę TiO₂. Identyfikuje to pierwiastki tytan (Ti) i tlen (O) jako składniki dwutlenku tytanu i wskazuje na obecność dwa razy więcej atomów pierwiastka tlenu niż atomów pierwiastka tytanu.

W wielu przypadkach wzór cząsteczkowy substancji uzyskuje się z eksperymentalnego określenia zarówno jej wzoru empirycznego, jak i jej masy cząsteczkowej (sumy mas atomowych wszystkich atomów tworzących cząsteczkę). Na przykład można ustalić doświadczalnie, że benzen zawiera dwa pierwiastki, węgiel (C) i wodór (H), oraz że na każdy atom węgla w benzenie przypada jeden atom wodoru. Zatem wzór empiryczny to CH. Eksperymentalne określenie masy cząsteczkowej ujawnia, że cząsteczka benzenu zawiera sześć atomów węgla i sześć atomów wodoru, więc wzór cząsteczkowy benzenu to C₆H₆.

Strukturalny

Wzór strukturalny związku dostarcza tych samych informacji, co jego wzór cząsteczkowy (rodzaje i liczba atomów w cząsteczce), ale pokazuje również, w jaki sposób atomy są połączone w cząsteczce. Innymi słowy, wzór strukturalny przedstawia graficznie strukturę molekularną związku. Pokazuje prawdopodobny układ atomów i sposób, w jaki atomy są połączone w rzeczywistej przestrzeni trójwymiarowej, dając więcej informacji na temat geometrii molekularnej. Linie służą do reprezentowania wiązań obecnych między atomami. Wzór może również przedstawiać przybliżone kąty wiązania, dając wyobrażenie o kształcie cząsteczki. 

Ten tekst został zaadaptowany z Openstax Chemistry 2e, Sekcja 2.4: Wzory chemiczne.