A szerkezeti képlet egy molekula kötéseinek grafikus ábrázolása, amely fénytvilágít annak szerkezetére, miután spektroszkópos módszerekkel meghatározták. Ez a leg specifikusabb módszer, amikor egy adott vegyületre vonatkozik, és nem ugyanazon molekuláris képletnek megfelelő több izomerre.
Például, a bután, a C 4 H 10, két izomer: n-bután (lineáris) és a 2-metil-propán (elágazó). A molekuláris képlet nem tesz különbséget a kettő között; míg ha szerkezeti képleteket alkalmazunk, akkor pontosan látni fogjuk, hogy az egyik lineáris, a másik elágazó.
A szerkezeti képletek lehetővé teszik a vegyületek molekuláris szerkezetének vizsgálatát. Forrás: Pixabay.
A szerkezeti képletek használata megkönnyíti a molekulák kémiai reakció során bekövetkező változásainak megértését; melyik összeköttetése megszakad, hogyan változtatja meg szerkezete a folyamatban és annak végén. Ezen képletek olvasásának megtanulása megegyezik a molekulák tulajdonságainak felületes előrejelzésével.
A szerkezeti képletek 2D-es ábrázolások, bár mutathatnak néhány háromdimenziós és geometriai szempontot. Minél jobban megvizsgálják egy vegyület szerkezetét, annál finomabb és hűbb szerkezeti képlete válik. Ellenkező esetben a molekula természetének megértéséhez nélkülözhetetlen szempontokat hagy ki.
Példák szerkezeti képletekre
Mindegyik vegyületnek megvan a megfelelő szerkezeti képlete, amely az alkalmazott vetítés típusától vagy perspektívájától függően változhat. Például a kondenzált és a vázszerkezetek, a Lewis-struktúrák és a sztereokémiai vetületek mind szerkezeti képletek, amelyek a lehető legtöbb információ grafikájára szolgálnak a molekuláris szerkezettel kapcsolatban.
Olyan sok, hogy csak néhány egyszerű példát fogunk foglalni.
Szőlőcukor
Az alfa-glükóz szerkezetének különféle ábrázolása. Forrás: Yikrazuul a Wikipedia útján.
A glükóz-molekula négy ábrázolása látható a felső képen. Mindegyik érvényes szerkezeti képlet; de a 2-et (Haworth-vetítés) és a 3-ot (székvetítés) általában a leggyakrabban használják az akadémiai szövegekben és a publikációkban.
A 4-nek az az előnye, hogy közvetlenül jelzi, hogy mely OH-csoportok vannak (vastag ékek) vagy alatt (pontozott ékek) a hatszögletű gyűrűnél; vagyis megkönnyíti sztereokémia megértését. Ezzel szemben az 1 (Tollens-Fisher vetület) megmutatja a glükóz lineáris karakterét, mielőtt ciklikus formájá alakul.
Metán
A metán szerkezeti képlete. Forrás: Gabriel Bolívar a MolView-n keresztül.
Fent van két szerkezeti képlete metánnal, amelynek kondenzált molekuláris képlete CH 4. Azok számára, akik nem ismerik a kémia, tudták értelmezni a CH 4, mintha egy molekula hidrogénatom a központban.
De a valóságban (és feltétlenül) a szerkezeti képletek világossá teszik, hogy a szén a központi atom. Ezért négy CH-kötésünk van. Vegye figyelembe azt is, hogy a bal oldali képlet téves benyomást kelt abban, hogy a molekula lapos, ha valójában tetraéder (a képlet a jobb oldalon).
Ez az oka annak, hogy a jobb oldali szerkezeti képletben a kötéseket ékek képviselik, amelyek jelzik az egyes hidrogénatomok (a tetraéder csúcsai) relatív térbeli helyzetét.
metanol
A metanol szerkezeti képlete. Forrás: NEUROtiker
A metanol szerkezeti képlete gyakorlatilag megegyezik a metánéval, azzal a különbséggel, hogy hidrogénatomjával OH helyettesített. Ennek kondenzált vagy kémiai képlet CH 3 OH, és a molekuláris CH 4 O. Azt tapasztaltuk, hogy ez is áll egy tetraéder.
etanol
Az etanol szerkezeti képlete. Forrás: Gabriel Bolívar a MolView-n keresztül.
Most áttérünk az etanolra, a listán következő alkoholra. A kémiai vagy kondenzált képlet CH 3 CH 2 OH, ami már önmagában mutatja a lineáris szerkezetű. A világosság kedvéért a fenti képen látható szerkezeti képlet hatékonyan bizonyítja, hogy az etanol egyenes vagy gerincű.
Ha közelebbről nézünk, az egyes szénatomok környezete tetraéderes.
fruktóz
A béta-D-fruktofuranóz szerkezeti képlete. Forrás: NEUROtiker (beszélgetés • közreműködés)
Fent van a fruktóz szerkezeti képlete, pontosabban annak furángyűrűjének (öt tagú) Haworth-vetítése. Figyelembe kell venni, hogy a szerkezeti képlet mennyiben mutat a molekuláris képlettel ellentétben a C 6 H 12 O 6 -ot, amely egybeesik a glükóz szintjével, azonban mindkettő különféle cukrok.
Víz
A víz szerkezeti képlete. Forrás: Benjah-bmm27 a Wikipedia segítségével.
A víz kémiai képlete H 2 O, amely szintén megfelel a kondenzált és molekuláris képleteknek. A metánhoz hasonlóan azok is, akik nem ismerik a vízmolekulát (és nem ismerik kémiai kötéseiket), azt gondolhatják, hogy szerkezete OHH; de a fenti képen látható szerkezeti képlet tisztázza a valódi szerkezetet.
Noha nem értékelik, az oxigén- és a hidrogénatom szabad elektronpárok egy tetraédert húznak az oxigén körül; ez a víz elektronikus geometria: tetraéder. Eközben a két hidrogénatom a bumeránghoz hasonló síkot hoz létre; ez a víz molekuláris geometriája: szög.
Noha a víz szerkezeti képlete messze a legegyszerűbb a megvitatott példák közül, több titkot és rendellenességet rejt, mint amennyit önmagában képes ábrázolni.
Aszpirin
Az aszpirin szerkezeti képlete. Forrás: Gabriel Bolívar a MolView-n keresztül.
Van a szerkezeti képletek egyik első "hibája": képtelenek ábrázolni egy szerkezet aromás jellegét; amely ebben az esetben megfelel az aszpirin benzol- (hatszögletű) gyűrűjének aromás aromájának (fent).
Ha alaposan megvizsgálja ezt a formulát, arra a következtetésre jut, hogy lényegében lapos molekula; azaz, szinte valamennyi atom „pihenő” ugyanabban a síkban, kivéve a metil-csoport, CH 3, annak bal, ahol a tetraéderes szén ismét láthatóvá.
Ismét, a szerkezeti képlet nyújt sokkal több információt, mint a lapos molekuláris képlet, C 9 H 8 O 4; amely számos szerkezeti izomernek felel meg, teljesen különbözik az aszpirintől.
Benzol
A benzol szerkezeti képlete. Forrás: Gabriel Bolívar a MolView-n keresztül.
Végül a benzol szerkezeti képlete fölött van. Molekuláris képlete C 6 H 6, ami azt jelzi, hogy hat szénatomot és hat hidrogénatomot tartalmaz. De nem mond semmit a benzol valódi szerkezetéről.
A C = C kettős kötések nem statikusak, mivel egy elektronpárt, különösképpen azt, amelyik a szén p-pályáin helyezkedik el, a gyűrűben delokalizálja. Következésképpen a benzolnak több rezonancia-szerkezete van, mindegyik saját szerkezeti képlettel rendelkezik.
Ez a delokalizáció a benzol aromás tulajdonságainak része, amelyet a bal oldali szerkezeti képletben nem adnak meg igazán. A legmegfelelőbb dolog a kettős kötések kicserélése egy körre (amelyet egyeseknek fánknak neveznek), hogy jelezzék a gyűrű aromatikusságát (a kép jobb oldalán).
És mi van a vázképlettel? Ez nagyon hasonlít a szerkezeti elemhez, csak abban különbözik, hogy nem jelent hidrogénatomot; és ennélfogva egyszerűbben és kényelmesebben ábrázolható. A jobb oldalon lévő benzolgyűrű a vázszerkezete lenne.
Irodalom
- Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
- Wikipedia. (2020). Szerkezeti képlet. Helyreállítva: en.wikipedia.org
- Nissa Garcia. (2020). Strukturális képlet: Meghatározás és példák. Tanulmány. Helyreállítva: study.com
- Clark Jim. (2012). Szerves molekulák rajzolása. Helyreállítva: chemguide.co.uk
- William Reusch. (2013. május 5.). A molekulák alakja. Helyreállítva: 2.chemistry.msu.edu