Химическая формула

• Разделы:
  • Примечания
  • См. также

Запрос «Химический состав» перенаправляется сюда. На эту тему нужно создать отдельную статью.

Хими́ческая фо́рмула — условное обозначение химического состава и структуры соединений с помощью символов химических элементов, числовых и вспомогательных знаков (скобок, тире и т. п.). Химические формулы являются составной частью языка химии, на их основе составляются схемы и уравнения химических реакций, а также химическая классификация и номенклатура веществ[1].

Химическая формула может обозначать или отражать[1]:

• 1 молекулу или 1 моль [молекул] вещества;
• качественный состав (из каких химических элементов состоит вещество);
• количественный состав (сколько атомов каждого элемента содержит реальная или условная молекула вещества).

Примеры:

• Формула HNO3 обозначает:
  • азотную кислоту;
  • 1 молекулу азотной кислоты или 1 моль азотной кислоты;
  • качественный состав: молекула азотной кислоты состоит из водорода, азота и кислорода;
  • количественный состав: в состав молекулы азотной кислоты входят один атом элемента водорода, один атом элемента азота, три атома элемента кислорода.

Виды

В настоящее время различают следующие виды химических формул:

• Простейшая формула. Может быть получена опытным путем через определение соотношения химических элементов в веществе с применением значений атомной массы элементов. Так, простейшая формула воды будет H2O, а простейшая формула бензола CH (в отличие от C6H6 — истинной, см. далее). Атомы в формулах обозначаются знаками химических элементов, а относительное их количество — числами в формате нижних индексов.[2]
• Эмпирическая формула. Разные авторы могут использовать этот термин для обозначения простейшей[3], истинной или рациональной[4] формулы
• Истинная формула. Молекулярная формула[5] — может быть получена, если известна молекулярная масса[5] вещества. Истинная формула воды Н2О, что совпадает с простейшей. Истинная формула бензола С6Н6, что отличается от простейшей. Истинные формулы также называют брутто-формулами. Они отражают состав, но не структуру молекул вещества. Истинная формула показывает точное количество атомов каждого элемента в одной молекуле. Этому количеству отвечает [нижний] индекс — маленькая цифра после символа соответствующего элемента. Если индекс равен 1, то есть в молекуле присутствует только один атом данного элемента, то такой индекс не указывают.
• Рациональная формула. В рациональных формулах выделяются группы атомов, характерные для классов химических соединений. Например, для спиртов выделяется группа -ОН. При записи рациональной формулы такие группы атомов заключаются в круглые скобки (ОН). Количество повторяющихся групп обозначаются числами в формате нижних индексов, которые ставятся сразу за закрывающей скобкой. Квадратные скобки применяются для отражения структуры комплексных соединений. Например, К4[Co(CN)6][6] — гексацианокобальтат калия. Рациональные формулы часто встречаются в полуразвернутом виде, когда часть одинаковых атомов показывается по отдельности для лучшего отражения строения молекулы вещества.
• Структурная формула. В графическом виде показывает взаимное расположение атомов в молекуле. Химические связи между атомами обозначаются линиями. Различают двумерные (2D) и трёхмерные (3D) формулы. Двумерные представляют собой отражение структуры вещества на плоскости. Трёхмерные позволяют наиболее близко к теоретическим моделям строения вещества представлять его состав, взаимное расположение, связи и расстояния между атомами.

Примеры:

• Этанол
  • Простейшая формула С2Н6О
  • Истинная, эмпирическая, или брутто-формула: С2Н6О
  • Рациональная формула: С2Н5ОН
  • Рациональная формула в полуразвернутом виде: СН3СН2ОН
  • Структурная формула (2D):

Н Н │ │ Н—С—С—О—Н │ │ Н Н

простейшей формуле С2Н6О в равной мере может соответствовать и диметиловый эфир (рациональная формула): СН3—О—СН3

Существуют и другие способы записи химических формул. Новые способы появились в конце 1980-х с развитием персональной компьютерной техники (SMILES, WLN, ROSDAL, SLN и др.). В персональных компьютерах для работы с химическими формулами также используются специальные программные средства, называемые молекулярными редакторами.

Примечания

1. ↑ 1 2 Основные понятия химии
2. ↑ Различают эмпирическую и истинную формулы. Эмпирическая формула выражает простейшую формулу вещества (химического соединения), которую устанавливают путём элементного анализа. Так, анализ показывает, что простейшая, или эмпирическая, формула некоторого соединения соответствует CH. Истинная формула показывает, какое количество таких простейших групп CH содержится в молекуле. Представим истинную формулу в виде (CH)x, тогда при значении x = 2 имеем ацетилен C2H2, при x= 6 — бензол C6H6.
3. ↑ М. А. Федоровская. Формула химическая // Химическая энциклопедия в 5 т.. — М.: Большая Российская Энциклопедия, 1998. — Т. 5. — С. 123. — 783 с.
4. ↑ Справочник химика. — Л.: Химия, 1971. — Т. II. — С. 397. — 1168 с. — 20 000 экз.
5. ↑ 1 2 Строго говоря нельзя употреблять термины «молекулярная формула» и «молекулярная масса» соли, поскольку в солях нет молекул, а имеются только упорядоченные решётки, состоящие из ионов. Ни один из ионов натрия [катион] в структуре хлорида натрия не „принадлежит“ какому-либо конкретному хлорид-иону [аниону]. Правильно говорить о химической формуле соли & соответствующей ей формульной массе. Поскольку химическая формула (истинная) хлорида натрия — NaCl, формульная масса хлорида натрия определяется как сумма атомных масс одного атома натрия и одного атома хлора:
   1 атом натрия: 22,990 а. е. м.
   1 атом хлора: 35,453 а. е. м.
   ———————————
   Итого: 58,443 а. е. м.
   Принято называть эту величину «молекулярной массой» хлорида натрия, и не возникает никаких недоразумений, если ясно отдавать себе отчёт, какую структуру имеет соль. Моль хлорида натрия имеет массу 58,443 г. В нём содержится 6,022·1023 ионов натрия и 6,022·1023 хлорид-ионов. Хотя они и не объединены попарно в молекулы, соотношение между числом тех и других ионов точно 1 : 1.
6. ↑ Формулы соединений ионного типа [и/или в предположении что они ионны — полярные ковалентные (промежуточные ионно-ковалентные)] выражают лишь простейшее соотношение между ионами (катионами и анионами). Так, кристалл поваренной соли NaCl состоит из ионов Na+ и Cl−, находящихся в соотношении 1:1, что обеспечивает электронейтральность соединения в целом. Рассуждая аналогично, отмечаем, что кристаллы CaF2 состоят из Ca+ и F− в соотношении 1:2. Таким же образом К4[Co(CN)6] состоит из катионов К+ и [комплексных, координационных] анионов Co(CN)6 в соотношении 4:1. Аналогичным образом пирит FeS2 содержит катионы Fe+ и анионы S22− в соотношении 1:1 (сульфид-анионов S2− [ (2)S2−] оно не имет; атомы серы в персульфид-анионе связаны прочной ковалентной связью).
   В соединениях подобного типа нельзя обнаружить отдельные молекулы NaCl и CaF2, и поэтому эти формулы указывают лишь на соотношение катионов и анионов, из которых состоят эти вещества (хим. cоединения).

См. также

• Словарь химических формул
• Молекулярный граф