Formula structurală este o reprezentare grafică a legăturilor unei molecule, care aruncă lumină asupra structurii sale o dată determinată prin metode spectroscopice. Este cea mai specifică modalitate atunci când se referă la un compus specific, și nu la mai mulți izomeri corespunzând aceleiași formule moleculare.
De exemplu, butan, C 4 H 10 , are doi izomeri: n-butan (liniare) și 2-metil-propan (ramificat). Formula moleculară nu face discriminări între niciuna dintre cele două; în timp ce, dacă recurgem la formule structurale, se va vedea exact că una este liniară, iar cealaltă ramificată.
Formulele structurale permit examinarea structurilor moleculare ale compușilor. Sursa: Pixabay.
Utilizarea formulelor structurale face mai ușor să înțelegeți schimbările prin care trece o moleculă în timpul unei reacții chimice; care dintre legăturile sale sunt rupte, modul în care structura sa este modificată în proces și la sfârșitul acesteia. Învățarea să citiți aceste formule este aceeași cu prezicerea superficială a proprietăților moleculelor.
Formulele structurale sunt reprezentări 2D, deși pot indica unele aspecte tridimensionale și geometrice. Cu cât este investigată mai mult structura unui compus, cu atât mai rafinată și mai fidelă formula sa structurală ajunge să devină. În caz contrar, lasă aspecte esențiale pentru a înțelege natura moleculei.
Exemple de formulă structurală
Fiecare compus are formula sa structurală respectivă, care poate varia în funcție de tipul de proiecție sau perspectiva folosită. De exemplu, formulele condensate și scheletice, structurile Lewis și proiecțiile stereochimice sunt toate formule structurale, dedicate graficării cât mai multor informații cu privire la structura moleculară.
Există atât de multe, încât doar câteva exemple simple vor fi acoperite.
Glucoză
Reprezentări diverse ale structurii alfa-glucozei. Sursa: Yikrazuul prin Wikipedia.
În imaginea superioară sunt prezentate patru reprezentări ale moleculei de glucoză. Fiecare este o formulă structurală validă; dar 2 (proiecția Haworth) și 3 (proiecția de catedră) sunt de obicei cele mai utilizate în textele academice și în publicații.
4 are avantajul că indică în mod direct care grupuri OH sunt deasupra (panelor groase) sau sub (pene punctate) inelul hexagonal; adică facilitează înțelegerea stereochimiei sale. În schimb, 1 (proiecția Tollens-Fisher) arată caracterul liniar al glucozei înainte de a se transforma în forma sa ciclică.
Metan
Formula structurală a metanului. Sursa: Gabriel Bolívar prin MolView.
Mai sus aveți două formule structurale de metan, a cărui formulă moleculară condensat este CH 4 . Pentru cei care nu au cunoștințe de chimie, acestea ar putea interpreta formula CH 4 , ca și cum ar fi o moleculă cu un atom de hidrogen în centru.
Dar, în realitate (și neapărat), formulele structurale arată clar că carbonul este atomul central. Prin urmare, avem patru obligațiuni CH. Rețineți, de asemenea, că formula din stânga creează falsa impresie că molecula este plană, când de fapt este tetraedrică (formula din dreapta).
De aceea, în formula structurală din dreapta, legăturile sunt reprezentate de pene, care indică pozițiile spațiale relative ale fiecărui atom de hidrogen (vârfurile tetraedrului).
metanol
Formula structurală a metanolului. Sursa: NEUROtiker
Formula structurală a metanolului este practic aceeași cu cea a metanului, cu diferența că are un H substituit cu un OH. Formula sa condensat sau chimic este CH 3 OH, și CH molecular 4 O. Se observă că , de asemenea , constă dintr - un tetraedru.
etanol
Formula structurală a etanolului. Sursa: Gabriel Bolívar prin MolView.
Acum trecem la etanol, următorul alcool de pe listă. Formula sa chimică sau condensat este CH 3 CH 2 OH, care , prin ea însăși arată deja structura sa liniară. Pentru a fi clar, formula structurală din imaginea de mai sus demonstrează eficient că etanolul este un lanț drept sau coloana vertebrală.
Dacă te uiți atent, împrejurimile fiecărui atom de carbon sunt tetraedrice.
Fructoză
Formula structurală a beta-D-fructofuranozei. Sursa: NEUROtiker (discuție • contribuții)
Deasupra avem formula structurală a fructozei, mai exact proiecția Haworth a inelului său furanus (cu cinci membri). Notă cât de mult formula structurală dezvăluie, spre deosebire de cel molecular, C 6 H 12 O 6 , care coincide cu cea a glucozei, ambele fiind zaharuri diferite, cu toate acestea.
Apă
Formula structurală a apei. Sursa: Benjah-bmm27 prin Wikipedia.
Formula chimică a apei este H 2 O, corespunzând și formulelor condensate și moleculare. Ca și în cazul metanului, cei care nu cunosc molecula de apă (și nu au nicio noțiune de legături chimice) pot crede că structura sa este OHH; dar formula structurală din imaginea de mai sus clarifică adevărata structură.
Deși nu este apreciat, perechile de electroni liberi de atomi de oxigen și hidrogen atrag un tetraedru în jurul oxigenului; adică geometria electronică a apei: tetraedrică. Între timp, cei doi atomi de hidrogen stabilesc un plan similar cu un bumerang; aceasta este geometria moleculară a apei: unghiulară.
Deși formula structurală a apei este de departe cea mai simplă dintre exemplele discutate, ascunde mai multe secrete și anomalii decât reușește să reprezinte singur.
Aspirină
Formula structurală a aspirinei. Sursa: Gabriel Bolívar prin MolView.
Avem unul dintre primele „defecte” ale formulelor structurale: incapacitatea lor de a reprezenta caracterul aromatic al unei structuri; care în acest caz corespunde aromatizării inelului benzenic (hexagonal) al aspirinei (de mai sus).
Dacă priviți cu atenție această formulă, veți ajunge la concluzia că este o moleculă esențial plană; adică aproape toți atomii săi „se odihnesc” în același plan, cu excepția grupei metil, CH 3 , la stânga sa, unde este din nou afișat mediul tetraedric al carbonului.
Din nou, formula structurală oferă informații mai mult decât formula moleculară plat, C 9 H 8 O 4 ; ceea ce corespunde numeroaselor izomeri structurale, total diferite de aspirină.
Benzen
Formula structurală a benzenului. Sursa: Gabriel Bolívar prin MolView.
În cele din urmă, avem deasupra formulei structurale a benzenului. Formula sa moleculara este C 6 H 6 , indicând faptul că acesta conține efectiv șase atomi de carbon și șase atomi de hidrogen. Dar nu spune nimic despre adevărata structură a benzenului.
Legăturile duble C = C nu sunt statice, deoarece o pereche de electroni, în special cea situată pe orbitalele p ale carbonului, se delocalizează în inel. În consecință, benzenul are mai multe structuri de rezonanță, fiecare având propria formulă structurală.
Această delocalizare face parte din caracterul aromatic al benzenului, nereprezentată fidel în formula structurală din stânga. Cel mai apropiat lucru este să înlocuim legăturile duble cu un cerc (numit gogoaș de unii) pentru a indica aromatitatea inelului (dreapta imaginii).
Și cum rămâne cu formula scheletică? Acest lucru este foarte similar cu cel structural, diferind doar prin faptul că nu reprezintă atomii de hidrogen; și, prin urmare, este mai simplificat și mai confortabil de graficat. Inelul de benzen din dreapta ar fi formula sa scheletică.
Referințe
- Whitten, Davis, Peck și Stanley. (2008). Chimie (Ediția a VIII-a). CENGAGE Învățare.
- Wikipedia. (2020). Formula structurala. Recuperat de la: en.wikipedia.org
- Nissa Garcia. (2020). Formula structurală: definiție și exemple. Studiu. Recuperat din: studiu.com
- Clark Jim. (2012). Desenarea moleculelor organice. Recuperat din: chemguide.co.uk
- William Reusch. (5 mai 2013). Forma moleculelor. Recuperat din: 2.chemistry.msu.edu