Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

4.6: Молекулярні формули та структури Льюї

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    21508

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Зрозумійте різні способи представлення молекул.

    У світі існує безліч «універсальних мов». Музиканти кожної культури визнають музику, втілену в серії нот на штабі. Цей уривок з віолончелі Баха може грати будь-який навчений музикант з будь-якої країни, тому що існує домовленість щодо того, що означають символи на сторінці. Таким же чином молекули представляються за допомогою символів і мови, з якою згодні всі хіміки.

    Музика - це унікальна мова, як хімічні формули
    Малюнок\(\PageIndex{1}\) (Кредит: J.S. Bach; Джерело: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bach_cello_harmony.JPG(opens в новому вікні); Ліцензія: Громадське надбання)

    Молекулярні формули

    Молекулярна формула - це хімічна формула молекулярної сполуки, яка показує види та числа атомів, присутніх у молекулі сполуки. Аміак - це з'єднання азоту та водню, як показано нижче:

    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Молекулярна формула аміаку. (Кредит: Joy Sheng; Джерело: CK-12 Foundation; Ліцензія: CC BY-NC 3.0 (відкривається в новому вікні))

    Зауважте з прикладу, що існують деякі стандартні правила, яких слід дотримуватися при написанні молекулярних формул. Кількість атомів кожного виду позначається нижнім індексом, наступним за атомом. Якщо атом всього один, число не записується. Якщо існує більше одного атома певного роду, число записується як індекс, наступний за атомом. Ми б не писали\(\ce{N_3H}\) для аміаку, тому що це означало б, що в молекулі є три атоми азоту і один атом водню, що невірно.

    Хоча це корисно для опису молекули, молекулярна формула нічого не говорить нам про форму молекули, де знаходяться різні атоми, або які види зв'язків утворюються. Структурні формули набагато корисніші для передачі більш детальної інформації про молекулу, оскільки вони показують, які атоми пов'язані один з одним, а в деяких випадках - приблизне розташування атомів у просторі. Знання структурної формули сполуки дозволяє хімікам створити тривимірну модель, яка надає інформацію про те, як ця сполука буде вести себе фізично та хімічно.

    \(\PageIndex{3}\) На малюнку показані деякі різні способи зобразити структуру трохи більш складної молекули: метанолу. Ці уявлення сильно відрізняються за своїм інформаційним змістом. Наприклад, молекулярна формула метанолу (рис.\(\PageIndex{3a}\)) дає тільки число кожного виду атома; написання метанолу як CH 4 O нічого не говорить про його структуру. На відміну від цього, структурна формула (рис.\(\PageIndex{3b}\)) вказує на те, як атоми пов'язані, але вона змушує метанол виглядати так, ніби він плоский (чого він не є). Як модель кулі та палички (частина (c) на малюнку\(\PageIndex{3}\)), так і перспективний малюнок (рис.\(\PageIndex{3d}\)) показують тривимірну структуру молекули. Останнє (його ще називають клиновидно-тире поданням) - найпростіший спосіб накреслення структури молекули в трьох вимірах. Він показує, які атоми знаходяться вище і нижче площини паперу за допомогою клинів і тире відповідно; центральний атом завжди вважається в площині паперу. Модель заповнення простору (частина (е) на малюнку\(\PageIndex{3}\)) ілюструє приблизні відносні розміри атомів в молекулі, але вона не показує зв'язків між атомами. Крім того, в моделі, що заповнює простір, атоми на «передній частині» молекули можуть затінювати атоми на «задній частині».

    Різні способи написання або представлення C H 4 O.
    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Різні способи представлення структури молекули. (а) Молекулярна формула метанолу дає лише кількість кожного виду атома, присутнього. (б) Структурна формула показує, які атоми пов'язані. (c) Модель кулі та палиці показує атоми як сфери, а зв'язки як палички. (d) Перспективний малюнок (також називається клиноподібним зображенням) намагається показати тривимірну структуру молекули. (e) Модель заповнення простору показує атоми в молекулі, але не зв'язки. (f) Конденсована структурна формула на сьогоднішній день є найпростішим і найпоширенішим способом представлення молекули.

    Хоча структурна формула, модель кулі та палиці, креслення перспективи та модель заповнення простору дають значний обсяг інформації про структуру молекули, кожен вимагає часу та зусиль. Отже, хіміки часто використовують конденсовану структурну формулу (частина (f) на малюнку\(\PageIndex{3}\)), яка опускає лінії, що представляють зв'язки між атомами, і просто перераховує атоми, пов'язані з даним атомом поруч з ним. Кілька груп, прикріплених до одного атома, відображаються в дужках, а потім індекс, який вказує кількість таких груп. Наприклад, конденсована структурна формула метанолу - СН 3 ОН, що вказує на те, що молекула містить одиницю СН 3, яка виглядає як фрагмент метану (СН 4). Тому метанол можна розглядати або як молекулу метану, в якій один атом водню був замінений групою —OH, або як молекулу води, в якій один атом водню був замінений фрагментом —CH 3. Через їх простоту використання та інформативність, ми використовуємо стислі структурні формули для молекул у всьому цьому тексті. Кульково-палицеві моделі використовуються, коли це необхідно для ілюстрації тривимірної структури молекул, а моделі, що заповнюють простір, використовуються тільки тоді, коли необхідно візуалізувати відносні розміри атомів або молекул, щоб зрозуміти важливий момент.

    Приклад\(\PageIndex{1}\): Molecular Formulas

    Напишіть молекулярну формулу для кожної сполуки. Наведено конденсовану структурну формулу.

    1. Монохлорид сірки (також званий дихлоридом дисери) - це пахне ворсом, корозійна жовта рідина, що використовується у виробництві синтетичного каучуку. Його конденсована структурна формула - ClsScl.
    2. Етиленгліколь є основним інгредієнтом антифризу. Його конденсована структурна формула - HOCH 2 CH 2 OH.
    3. Триметиламін - одне з речовин, що відповідають за запах зіпсованої риби. Його конденсована структурна формула - (СН 3) 3 Н.

    Задано: конденсована структурна формула

    Запитано: молекулярна формула

    Стратегія:

    1. Визначте кожен елемент у конденсованій структурній формулі, а потім визначте, чи є сполука органічною чи неорганічною.
    2. У міру необхідності використовуйте органічну або неорганічну конвенцію для переліку елементів. Потім додайте відповідні індекси, щоб вказати кількість атомів кожного елемента, присутнього в молекулярній формулі.

    Рішення:

    Молекулярна формула перераховує елементи в молекулі і кількість атомів кожного.

    1. A Кожна молекула монохлориду сірки має два атоми сірки і два атоми хлору. Оскільки він не містить в основному вуглецю та водню, це неорганічна сполука. B Сірка лежить зліва від хлору в таблиці Менделєєва, тому вона прописана спочатку в формулі. Додавання індексів дає молекулярну формулу S 2 Cl 2.
    2. A Підраховуючи атоми в етиленгліколі, ми отримуємо шість атомів водню, два атоми вуглецю і два атоми кисню на молекулу. З'єднання складається здебільшого з атомів вуглецю і водню, тому воно є органічним. B Як і у всіх органічних сполук, С і Н записуються першими в молекулярній формулі. Додавання відповідних індексів дає молекулярну формулу C 2 H 6 O 2.
    3. A Конденсована структурна формула показує, що триметиламін містить три одиниці СН 3, тому ми маємо один атом азоту, три атоми вуглецю та дев'ять атомів водню на молекулу. Оскільки триметиламін містить в основному вуглець і водень, він є органічною сполукою. B Згідно з конвенцією для органічних сполук спочатку записуються С і Н, даючи молекулярну формулу C 3 H 9 N.
    Кульково-паликова модель триметиламіну.
    Вправа\(\PageIndex{1}\): Molecular Formulas

    Запишіть молекулярну формулу для кожної молекули.

    1. Хлороформ, який був одним з перших анестетиків і до недавнього часу застосовувався в багатьох сиропах від кашлю, містить один атом вуглецю, один атом водню і три атоми хлору. Його конденсована структурна формула є\(\ce{CHCl3}\).
    2. Гідразин використовується як пропеллент у відношенні струменів космічного човника. Його конденсована структурна формула є\(\ce{H2NNH2}\).
    3. Putrescine - це пахне пахне з'єднання, спочатку виділене з екстрактів гниючого м'яса. Його конденсована структурна формула - H2NCH2CH2CH2CH2CH2NH2. Це часто\(\ce{H2N(CH2)4NH2}\) пишуть, щоб вказати на те, що є чотири фрагменти CH2, пов'язані між собою.

    Кульково-паликова модель хлороформу.

    Відповідь

    ЧКЛ 3

    Відповідь б

    Н 2 Ч 4

    Відповідь c

    С 4 Ч 12 Н 2