I kemi er bruttoformlen den mest kompakte skrift, der beskriver en kemisk forbindelse eller en simpel krop . Rå formler, fx C 2 H 6 Otil ethanol , bruges i kemiske ligninger til at beskrive kemiske reaktioner . Mellemliggende notationer mellem de rå og semi-udviklede formler tillader mere læsbarhed, mens de forbliver kompakte, som for ethanol skriver C 2 H 5 OH. Meget anden information end støkiometrien af elementerne kan være til stede i en rå formel (især oxidationsnummer , isotopmærkning eller delvis strukturel information) og styres af regler udstedt af International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC).
Denne artikel begrænser begrebet bruttoformel til alle repræsentationer af kemiske formler, der er skrevet online og ikke viser nogen kemisk binding . Tilstedeværelsen af kemiske bindinger i en formel er dækket i artiklerne Plane strukturel formel , Structural formula og repræsentation af molekyler .
Skrivningen af rå formler til erstatning for de alkymiske skrifter, der var i kraft siden middelalderen , er resultatet af en række på flere stadier.
Den første fase i den moderne skrivning af rå formler er opdagelsen af kemiske grundstoffer af Antoine Lavoisier . Denne franske kemiker banede vejen for en ny måde at tænke på stof på ved at vise, at alle kroppe var sammensat af grundstoffer eller principper .
Den anden fase var oprettelsen af en ny nomenklatur for kemi. De første kemikere, der forstod vigtigheden af denne nye måde at tænke på kemiske legemer var Joseph Black i 1784, Claude Louis Berthollet i 1785, Louis-Bernard Guyton-Morveau og Antoine-François Fourcroy i 1786 og 1787. Med disse sidste tre, Lavoisier udviklede en ny kemisk nomenklatur i 1787, metoden til kemisk nomenklatur . De gamle navne blev erstattet af et navn ved hjælp af de kemiske grundstoffer (for eksempel verdigris blev kobbercarbonat , ibid s.141) eller involverede radikaler ( nitrat , sulfat , citrat ) selv baseret på grundstofkemikalier (for eksempel lervitriol blev aluminiumoxidsulfat, ibid s.142).
Den tredje fase er overgangen fra nomenklatur til kemiske symboler, som vi kender dem, H, C, O osv. Det skyldes den første analytikerkemiker Jöns Jacob Berzelius i 1813 . De rå formler eller de empiriske formler adskiller sig kun fra dem, der er i brug, fordi de tal, som vi skriver i indeks, blev skrevet af denne svenske kemiker ved eksponent (CO 2 i stedet for CO 2).
Skrivning af kemiske formler styres nu af IUPAC i sin publikation Nomenklatur for uorganisk kemi (tilnavnet Red Book ). Empiriske formler, molekylære formler, strukturformler og additionsformler skelnes (se nedenfor). Den rækkefølge, som de kemiske grundstoffer er skrevet i, specificeres også.
De forskellige typer formler er nyttige til at fuldføre repræsentationen af kemiske arter ud over den samlede sammensætning. Den enkle svovl krop for eksempel af empiriske formel S, består af molekyler gruppering 8 atomer, som er specificeret af molekylformel S 8. Strukturelle formler, som Ca 3 (PO 4 ) 2for calciumphosphat , angiv, hvordan atomer er organiseret inden for den kemiske art, i modsætning til den rå formel (Ca 3 P 2 O 8 i dette eksempel).
Den empiriske formel for et legeme er dannet ved sammenstillingen af atomsymboler med de passende indekser (heltal), der tillader den enkleste skrivning af formlen, der giver den kemiske sammensætning. Rækkefølgen af symbolernes udseende er alfabetisk , undtagen i tilfælde af forbindelser indeholdende kulstof , for hvilke C og H er citeret henholdsvis første og anden.
Struktur af hydrogenperoxid, molekylformel H 2 O 2 og empirisk formel OH
Forskellige repræsentationer af benzen af det rå formel C 6 H 6 : strukturformel; to topologiske formler; kompakt molekylær model
Strukturformel for ozon, strukturformel O 3
De ioniske faste stoffer indeholder ikke forskellige molekyler, men ioner interagerer elektrostatisk med mange naboer. Deres rå formler er derefter godt beskrevet af empiriske formler. For alle disse forbindelser afspejler den kemiske formel simpelthen andelene af atomer i forbindelsen. Den kation er placeret først efterfulgt af anionen . Eksempel: Na og Cl giver NaCl.
Eksempler:
For molekylære forbindelser, som er stoffer, der består af molekyler adskilt fra hinanden, giver molekylære formler, i modsætning til de empiriske formler, der er defineret ovenfor, den faktiske sammensætning af molekylet. Dette er tilfældet for de fleste af de forbindelser, der findes i organisk kemi, og mange uorganiske forbindelser . Denne formel kan også bruges til polymerer , men angive med et indeks n , at antallet af enheder er variabelt fra et molekyle til et andet.
Molekylformlen angiver antallet af atomer, der udgør et molekyle . Det giver ikke oplysninger om arrangementet af de atomer, der udgør det. Således kan en rå formel svare til flere forskellige molekyler i tilfælde af isomerer .
Atomer, der udgør molekylet, er angivet ved hjælp af deres kemiske symboler . Deres antal er angivet som et indeks for hvert symbol. Den anbefalede rækkefølge er den alfabetiske rækkefølge af symbolerne med en undtagelse: kulstof og brint i organiske produkter er altid anført først og i den rækkefølge, derefter efterfulgt af de andre atomer i alfabetisk rækkefølge.
Den propan består af tre carbon -atomer (mærket C) og otte atomer af hydrogen (betegnet H), det har den følgende empiriske formel: C 3 H 8.
De følgende eksempler viser forskellen mellem molekylær formel og empirisk formel.
Den empiriske formel for ethylen er CH 2.
Den empiriske formel for butan er C 2 H 5.
Uorganiske forbindelserDen empiriske formel for oxygen er O 2.
Den empiriske formel for calomel er HgCl.
Strukturformel for NO 2 dimer, Dinitrogentetroxid af det rå formlen N 2 O 4.
Molekylær model af ferrocen, en uorganisk forbindelse med molekylformlen (C 5 H 5 ) 2 Fe.
Strukturformlen giver delvis eller fuldstændig information om, hvordan et molekyls atomer er forbundet og arrangeret i rummet. I enkle tilfælde giver en integreret formel, der kun er en række af atomsymboler (deraf en rå formel) strukturel information, der giver læseren mulighed for at afkode strukturel information.
For eksempel hydrogenperoxid med den molekylære formel H 2 O 2 kan skrives med strukturformlen HOOH, som angiver atomkæden: HOOH.
Så snart strukturen af forbindelsen er mere kompleks, bliver det nødvendigt at indføre parenteser for at undgå enhver tvetydighed. IUPAC anbefaler syv skrivregler, for eksempel:
Rhodium-kompleks, der har brodannende ligander (præfikset µ) med den empiriske formel [{Rh (µ-Cl) (CO) 2 } 2 ]
Flere regler skal anvendes i henhold til formelklasserne. For eksempel følger ikke rækkefølgen af kemiske grundstoffer de samme regler for binære forbindelser eller forbindelser med et centralt atom .
To principper styrer rækkefølgen af elementernes udseende i en rå formel:
(I tilfælde af det samme første bogstav er rækkefølgen som i eksemplet B, Ba, Be.)
For sidstnævnte er det en elektronegativitet i henhold til nedenstående tabel og ikke i betydningen af Mulliken , Pauling osv.
Varer, der skal nævnes først | Rn | Xe | Kr | Ar | Født | Hej |
---|---|---|---|---|---|---|
Element til at citere næste | Fr | Cs | Rb | K | Ikke relevant | Li |
etc. | Ra | Ba | Sr | Det | Mg | Være |
Lr → Ac | Lu → La | Y | Sc | |||
Rf | Hf | Zr | Ti | |||
Db | Dit | Nb | V | |||
Sg | W | Mo | Cr | |||
Bh | Re | Tc | Mn | |||
Hs | Knogle | Ru | Fe | |||
Mt | Ir | Rh | Co | |||
Ds | Pt | Pd | Eller | |||
Rg | På | Ag | Cu | |||
Hg | CD | Zn | ||||
Tl | I | Ga | Al | B | ||
Pb | Sn | Ge | Ja | VS | ||
Bemærk placeringen af H | Bi | Sb | Es | P | IKKE | H |
Po | Du | Se | S | O | ||
På | jeg | Br | Cl | F |
For en binær forbindelse er rækkefølgen af elektronegativitet i henhold til tabellen ovenfor. Så du er nødt til at skrive:
De koordinationsforbindelser eller forbindelser central atom skrives begyndende med det centrale atom overvågning ligander alfabetisk efter symbol eller forkortelse af liganden. For eksempel :
Bemærk, at i dette sidste eksempel ændres formlen på ethylendiaminliganden med dens forkortelse rækkefølgen af ligandernes udseende i formlen.
Forbindelser, hvis atomer danner en kæde, skrives i (kemisk) rækkefølge af kæden. For eksempel :
De salte skal have formlen eller symbol kation skrevet før den for anionen . Hvis der er flere kationer, er rækkefølgen af forrang alfabetisk, den samme for anionerne. For eksempel :
Den IUPAC specificerer ikke brugen af parenteser og beslag.
Under dette navn grupperer IUPAC dobbelt salte , hydrater osv. Vand skrives altid sidst, og de forskellige salte skal skrives i stigende mængde og ens antal i alfabetisk rækkefølge. De forskellige enheder er adskilt af et punkt [i det mindste i den engelske nomenklatur]. Så hvis to salte SEL1 og SEL2 er tilknyttet, skriv (SEL2) (SEL1) 3og ikke (SEL1) 3 (SEL2). For eksempel :
Den isotopiske modifikation er angivet i formlerne. Tre tilfælde er mulige: tilfældet med atomet, det for en specifikt mærket forbindelse eller en selektivt mærket forbindelse.
Massen af et nuklid er skrevet med overskrift før det tilsvarende symbol. For eksempel 2 H, 35 Cl.
En forbindelse mærkes specifikt, når en enkelt isotopisk substitueret forbindelse formelt tilsættes til den umodificerede analoge forbindelse. [...] Isotopen er angivet mellem parenteser, muligvis med et multiplikationsindeks. Dette er tilfældet, hvis 20% CDC 3 er til stede i almindelige CHC 3 . for eksempel
En selektiv mærket forbindelse kan ses som en blanding af specifikt mærkede forbindelser. Det er repræsenteret ved at gå foran formlen med symbolet på nuklidet uden et multiplikationsindeks mellem parenteser. For eksempel :
Nogle markører giver information om oxidationsnummeret , stereokemi osv.
Det Oxidationstallet af et element i en formel kan angives med en eksponent, til højre for det symbol, i romertal (bortset fra nul oxidationstrin angivet med 0). Hvis det samme element har flere oxidationsnumre i den samme formel, gentages det hver med dets oxidationsnummer. For eksempel :
En radikal er et atom eller et molekyle med en eller flere ikke-parrede elektroner. Det bliver muligvis ikke opkrævet. Uparede elektroner er angivet i formlen med et eksponentpunkt.
Eksempler:
Tegn på optisk rotation kan angives. Det er placeret i parentes, og bølgelængden i nm kan også angives som et abonnement til højre. Denne valgfri information placeres foran formlen.
Eksempel:
De ophidsede elektroniske tilstande er angivet med en stjerne i overskrift til højre. Eksempel NO *
Strukturelle beskrivelser ( cis , trans osv.) Kan være til stede i råformlerne. Sådanne beskrivere er normalt præfikser i kursiv, adskilt fra formlen med en bindestreg. Symbolet µ bruges til at indikere et brodannende atom . Eksempler:
Denne sidste formel indikerer, at to komplekser Cr (NH 3 ) 5 er bundet af en HO-ligand (af O-atomet).
Cis-platin, plan-square kompleks af platin med strukturformlen cis - [PtC 2 (NH 3 ) 2 ]
Platin octaederiske kompleks med strukturformlen trans - [PtC 4 (NH 3 ) 2 ]
Chrom bicycliske kompleks med en brodannende hydroxid ligand med strukturformlen [(H 3 N) 5 Cr (μ-OH) Cr (NH 3 ) 5 ]5+
En rå formel bestemmes ved elementær analyse . I lang tid resulterede denne analyse fra titreringer . Det udføres i to faser:
Forbindelsen, hvis bruttoformel skal bestemmes, mineraliseres . For eksempel, hvis det er et carbonhydrid, brændes en nøjagtigt kendt masse m af denne forbindelse og omdannes til CO 2og H 2 O. De forbrændingsprodukter produkter føres gennem koncentreret svovlsyre som fikserer vand og ikke CO 2.. Stigningen i masse giver information om mængden af H 2 Oderfor af H i den undersøgte formel. Derefter bobler forbrændingsprodukterne i en nøjagtigt kendt mængde sodavand . Den kuldioxid (som er en syre ) i neutraliseret så del. En retur syrebasedosis af sodavand (med saltsyre med kendt styrke) giver mængden af CO 2produkt og derfor kulstof i forbindelsen. En sådan analyse angiver, at i massen m af forbindelse, der er masserne m H af elementet hydrogen og m C af grundstoffet kulstof.
For at udlede den rå formel fra den empiriske formel skal vi enten:
De første elementære analyser fra tidlig XIX th århundrede. Meget smarte metoder er blevet beskrevet til bestemmelse af legemsens sammensætning, især organiske. Disse resultater var afhængige af udviklingen af viden inden for organisk kemi, især i viden om naturlige produkter.
Étienne Henry beskriver således i et arbejde fra 1833 den måde, hvorpå han udfører en grundlæggende analyse af organiske forbindelser. En nøjagtigt afvejet masse indføres i en enhed, der omhyggeligt rengøres "med ild" med forskellige forbindelser ifølge de analyser, der skal udføres: kobberoxid, kobber, glaspulver osv. Nedbrydning frembringer en blanding af gasser, der skal behandles, og hvis volumen vurderes med stor præcision. Bestemmelsen af et volumen er for det meste mere præcis end for den tilsvarende masse. For eksempel :
I dag overlades den grundlæggende analyse af en forbindelse til specialiserede laboratorier. Fysisk-kemiske metoder (såsom atomabsorptionsspektrometri ) har erstattet kemiske titreringer.
Publikationen, der beskriver syntesen af en ny forbindelse, kan ikke undvære en elementær bestemmelse. For stor forskel mellem den eksperimentelle elementære analyse og den, der beregnes ud fra den påståede råformel, indikerer enten, at forbindelsen ikke er ren, eller at den ikke er den rigtige. I begge tilfælde kan publikationen ikke accepteres.