A kémia területén a bruttó képlet a legkompaktabb írás, amely kémiai vegyületet vagy egyszerű testet ír le . Nyers képletek, például a C 2 H 6 Oaz etanol esetében kémiai egyenletekben használják a kémiai reakciók leírására . A nyers és a félig kifejlesztett képletek közbenső jelölései nagyobb olvashatóságot tesznek lehetővé, miközben tömörek maradnak, például az etanol esetében a C 2 H 5 OH. Az elemek sztöchiometriáján kívül sok más információ is jelen lehet egy nyers képletben ( oxidációs szám , izotópos címkézés vagy részleges szerkezeti információk), és a Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Uniója (IUPAC) által kiadott szabályokkal kezelhetők .
Ez a cikk a bruttó képlet fogalmát az interneten írt és kémiai kötést nem mutató kémiai képletek minden ábrázolására korlátozza . A képletben a kémiai kötések jelenlétét a sík szerkezeti képlete , a szerkezeti képlet és a molekulák ábrázolása című cikkek tárgyalják .
A középkor óta érvényben lévő alkímiai írások felváltására szolgáló nyers képletek megírása több szakaszból áll.
Az első szakasz a modern írásban nyers képletek felfedezése kémiai elemek által Antoine Lavoisier . Ez a francia vegyész azzal, hogy megmutatta, hogy minden test elemekből vagy elvekből áll , megnyitotta az utat az anyaggal kapcsolatos új gondolkodásmód előtt.
A második szakasz egy új kémiai nómenklatúra létrehozása volt . Az első vegyészek, akik megértették a kémiai testekről alkotott új gondolkodásmód fontosságát, Joseph Joseph 1784-ben, Claude Louis Berthollet 1785 - ben, Louis-Bernard Guyton-Morveau és Antoine-François Fourcroy 1786-ban és 1787-ben. Ezekkel az utolsó három Lavoisier 1787-ben kifejlesztett egy új vegyi nómenklatúrát, a kémiai nómenklatúra módszerét . A régi neveket kémiai elemek felhasználásával helyettesítették egy névvel (például a verdigris réz-karbonát lett , uo. 141. o.), Vagy maguk a vegyületek (például az agyag-vitriol alumínium-oxid-szulfáttá alakult gyökök ( nitrát , szulfát , citrát ), uo. 142. o.).
A harmadik szakasz az átmenet a nómenklatúráról a kémiai szimbólumokra, amint ismerjük őket, H, C, O stb. Jöns Jacob Berzelius első elemző vegyésznek köszönhető 1813-ban . A nyers képletek vagy az empirikus képletek csak abban különböznek a használtaktól, hogy az indexbe írt számokat ez a svéd vegyész exponenssel írta (CO 2 helyett CO 2).
A kémiai képletek megírását az IUPAC kezeli a Szervetlen kémia nomenklatúrája (becenevén Vörös Könyv ) című kiadványában . Az empirikus képleteket, a molekulaképleteket, a szerkezeti képleteket és az addíciós képleteket megkülönböztetjük (lásd alább). A kémiai elemek írási sorrendjét is megadják.
A különböző típusú képletek hasznosak a kémiai fajok reprezentációjának kiegészítéséhez, nem csak a teljes összetételen. Az S empirikus képletű egyszerű kéntest például 8 atomot csoportosító molekulákból áll, amelyet az S 8 molekulaképlet határoz meg. Szerkezeti képletek, mint a Ca 3 (PO 4 ) 2a kalcium-foszfát esetében jelezze, hogy az atomok hogyan szerveződnek a vegyi anyagokon belül, ellentétben a nyers képlettel (Ca 3 P 2 O 8 ebben a példában).
A test empirikus képlete az atomi szimbólumok és a megfelelő indexek (egész számok) egymás mellé állításával jön létre, amelyek lehetővé teszik a kémiai összetételt megadó képlet legegyszerűbb megírását. A szimbólumok megjelenési sorrendje ábécé sorrendben van , kivéve a széntartalmú vegyületeket , amelyeknél C és H-t jelölnek meg először, illetve másodszor.
Hidrogén-peroxid szerkezete, H 2 O 2 molekulaképlet és az OH empirikus képlete
A nyers C 6 H 6 képletű benzol különböző ábrázolásai : szerkezeti képlet; két topológiai képlet; kompakt molekuláris modell
Az ózon szerkezeti képlete, O 3 szerkezeti képlete
Az ionos szilárd anyagok nem tartalmaznak külön molekulákat, de az ionok elektrosztatikusan lépnek kapcsolatba sok szomszéddal. Nyers formuláikat ezután jól leírják empirikus képletek. Mindezen vegyületek esetében a kémiai képlet egyszerűen tükrözi az atomok arányát a vegyületben. A kationt először az anion követi . Példa: Na és Cl NaCl-t kapnak.
Példák:
A molekuláris vegyületek esetében, amelyek egymástól elválasztott molekulákból álló anyagok, a molekulaképletek adják meg a molekula tényleges összetételét, szemben a fent meghatározott empirikus formulákkal. Ez a helyzet a legtöbb szerves kémiai vegyületnél és sok szervetlen vegyületnél . Ez a képlet alkalmazható polimerekhez is , de n indexszel megadva, hogy az egységek száma molekulánként változó.
A molekuláris képlete megadja a számát atomok , amelyek egy molekula . Nem tájékoztat az azt alkotó atomok elrendezéséről. Így egy nyers képlet több különböző molekulának felelhet meg izomerek esetében .
A molekulát alkotó atomokat kémiai szimbólumaikkal jelölik . Számukat az egyes szimbólumok indexeként adják meg. Az ajánlott sorrend a szimbólumok ábécé sorrendje, egy kivétellel: a szerves termékekben található szén és hidrogén mindig először és ebben a sorrendben szerepel, majd a többi atom betűrendben következik.
A propán három szénatomot tartalmazó (jelölt C) és nyolc atomjai hidrogénatom (jele H), ha az a következő tapasztalati képlete: C 3 H 8.
A következő példák megmutatják a különbséget a molekulaképlet és az empirikus képlet között.
Az empirikus képlete etilén jelentése CH 2.
Az empirikus képlete bután C 2 H 5.
Szervetlen vegyületekAz empirikus képlete oxigén O 2.
A kalomel empirikus képlete HgCl.
Az NO 2 dimer szerkezeti képlete, nyers N 2 O 4 képletű dinitrogén-tetroxid.
A ferrocén, egy szervetlen vegyület (C 5 H 5 ) 2 Fe molekuláris modellje.
A szerkezeti képlet részleges vagy teljes információt ad arról, hogy a molekula atomjai hogyan kapcsolódnak össze és helyezkednek el a térben. Egyszerű esetekben az inline képlet, amely csak atomi szimbólumok sorozata (tehát egy nyers képlet), strukturális információkat ad, lehetővé téve az olvasó számára a strukturális információk dekódolását.
Például hidrogén-peroxid a molekuláris képlete H 2 O 2 a HOOH szerkezeti képlettel írható, amely jelzi az atomok láncolatát: HOOH.
Amint a vegyület szerkezete összetettebb, szükségessé válik zárójelek bevezetése a kétértelműség elkerülése érdekében. Az IUPAC hét írási szabályt javasol, például:
Ródium-komplex, amely az empirikus képlet áthidaló ligandumaival rendelkezik (előtag: µ) [{Rh (µ-Cl) (CO) 2 } 2 ]
Több szabályt kell alkalmazni a képletosztályok szerint. Például a kémiai elemek írási sorrendje nem követi ugyanazokat a szabályokat a bináris vegyületek vagy a központi atomú vegyületek esetében .
Két alapelv szabályozza az elemek megjelenési sorrendjét egy nyers képletben:
(Ugyanazon első betű esetén a sorrend megegyezik a B, Ba, Be példával.)
Ez utóbbi esetében ez az elektronegativitás az alábbi táblázat értelmében, és nem a Mulliken , Pauling stb.
| Először idézendő tételek | Rn | Xe | Kr | Ar | Született | Hé |
|---|---|---|---|---|---|---|
| A következő elem | Fr | Cs | Rb | K | N / A | Li |
| stb. | Ra | Ba | Sr | Azt | Mg | Lenni |
| Lr → Ac | Lu → La | Y | Sc | |||
| Rf | HF | Zr | Ti | |||
| Db | A te | Nb | V | |||
| Vminek | W | Mo | Kr. | | |||
| Bh | Újra | Tc | Mn | |||
| Hs | Csont | Ru | Fe | |||
| Mt | Ir | Rh | Co | |||
| Ds | Pt | Pd | Vagy | |||
| Rg | Nál nél | Ag | Cu | |||
| Hg | CD | Zn | ||||
| Tl | Ban ben | Ga | Al | B | ||
| Pb | Sn | Ge | Igen | VS | ||
| Jegyezzük fel H helyzetét | Kettős | Sb | Ász | P | NEM | H |
| Po | Ön | Se | S | O | ||
| Nál nél | én | Br | Cl | F |
Egy bináris vegyület esetében az elektronegativitás sorrendje a fenti táblázat értelmében. Tehát meg kell írnod:
A koordinációs vegyületeket vagy vegyületek központi atomját a központi atomot figyelő ligandumoktól kezdve írjuk ábécé sorrendben a ligandum szimbóluma vagy rövidítése alapján. Például :
Vegye figyelembe, hogy ebben az utolsó példában az etilén-diamin- ligandum képletének rövidítéssel történő megváltoztatása megváltoztatja a ligandumok megjelenési sorrendjét a képletben.
Azokat a vegyületeket, amelyek atomjai láncot alkotnak, a lánc (kémiai) sorrendjében írjuk. Például :
A sóknak a kation képletének vagy szimbólumának az anion előtt meg kell lennie . Ha több kation van, akkor az elsőbbségi sorrend ábécé sorrend, csakúgy, mint az anionok. Például :
Az IUPAC nem határozza meg a zárójelek és zárójelek használatát.
Ezen a néven az IUPAC kettős sókat , hidrátokat stb. A vizet mindig utoljára írják, és a különböző sókat növekvő mennyiségben és egyenlő számban kell betűrendben írni. A különböző entitásokat egy pont választja el egymástól [legalább az angol nómenklatúrában]. Tehát, ha két SEL1 és SEL2 só van társítva, írjuk (SEL2) (SEL1) 3és nem (SEL1) 3 (SEL2). Például :
Az izotópos módosulást a képletek jelzik. Három eset lehetséges: az atom esete, egy speciálisan jelölt vegyület vagy egy szelektíven jelölt vegyület.
A nuklid tömegét felső index írja a megfelelő szimbólum elé. Például 2 H, 35 Cl.
Egy vegyületet speciálisan jelölnek, ha egyetlen izotóppal szubsztituált vegyületet adnak formálisan a módosítatlan analóg vegyülethez. [...] Az izotóp zárójelek között van feltüntetve, esetleg szorzó indexgel. Ez az eset áll fenn, ha 20% CDCI 3 van jelen közönséges CHCI 3 . például
A szelektíven jelölt vegyületet specifikusan jelzett vegyületek keverékének tekinthetjük. Ezt a képlet megelőzi a nuklid szimbólumával, zárójelek közötti szorzó index nélkül . Például :
Egyes markerek információkat nyújtanak az oxidációs számról , a sztereokémiáról stb.
A képlet egyik elemének oxidációs számát a szimbólumtól jobbra álló kitevővel lehet római számokkal feltüntetni (kivéve a 0-val jelölt nulla oxidációs számot). Ha ugyanannak az elemnek több oxidációs száma van ugyanabban a képletben, akkor megismételjük, mindegyiknek az oxidációs számával. Például :
A gyökök egy atom vagy egy vagy több párosítatlan elektront tartalmazó molekula. Lehet, hogy felszámítják. A párosítatlan elektronokat a képletben exponensponttal jelöljük.
Példák:
Az optikai forgás jele jelezhető. Zárójelben van elhelyezve, és a hullámhossz nm-ben a jobb oldalon is indexként feltüntethető. Ez az opcionális információ a képlet elé kerül.
Példa:
A gerjesztett elektronikus állapotokat csillag jelzi jobb felső sorban. NO. Példa *
Strukturális leírók ( cisz , transz stb.) Jelen lehetnek a nyers formulákban. Az ilyen leírók általában dőlt betűvel jelölt előtagok, amelyeket kötőjellel választanak el a képlettől. A µ szimbólum az áthidaló atom jelölésére szolgál . Példák:
Ez utóbbi képlet azt jelzi, hogy a két komplexek Cr (NH 3 ) 5 HO ligandum (az O atom) kapcsolja össze.
Cisz-platina, platina terv-négyzet komplex cisz - [PtCl 2 (NH 3 ) 2 ] szerkezeti képlettel
Transz - [PtCl 4 (NH 3 ) 2 ] szerkezeti képletű platina oktaéder komplex
Króm dinukleáris komplexe hidratáló hidroxid ligandummal [(H 3 N) 5 Cr (µ-OH) Cr (NH 3 ) 5 ] általános képlettel5+
A nyers képletet elemi elemzéssel határozzuk meg . Ez az elemzés hosszú ideig titrálásokból származott . Két szakaszban történik:
Az a vegyület, amelynek bruttó képletét meg kell határozni, mineralizálódik . Például, ha ez egy szénhidrogén, akkor ennek a vegyületnek pontosan ismert m tömegét elégetik és átalakítják szén- dioxiddáés H 2 O. Az égéstermékeket tömény kénsavon vezetik át, amely a vizet és nem a CO 2 -et rögzíti .. A tömeg növekedése információt szolgáltat a H 2 O mennyiségéről, tehát H, a vizsgált képletben. Ezután az égéstermékek pontosan ismert mennyiségű szódában buborékolnak fel . A szén-dioxid (ami egy sav ) semlegesítve van . A szóda sav-bázis visszatérő dózisa ( ismert erősségű sósavval ) megadja a CO 2 mennyiségéttermék és ezért a vegyületben a szén. Egy ilyen elemzés azt jelzi, hogy a tömeges m vegyület, ott vannak a tömegek m H elem hidrogénatom és m C a szenet.
A nyers képlet levezetéséhez az empirikus képletből:
Az első elemi elemzések a XIX . Század elejéről származnak . Nagyon okos módszereket írtak le a testek elemi összetételének meghatározására, különös tekintettel a szervesekre. Ezek az eredmények a szerves kémia, különösen a természetes termékek ismeretének fejlődésétől függtek.
Étienne Henry tehát egy 1833-as művében leírja, hogyan végzi el a szerves vegyületek elemi elemzését. Pontosan kimért tömeget vezetnek be egy olyan készülékbe, amelyet alaposan "tűzzel" tisztítanak különböző vegyületekkel az elvégzendő elemzések szerint: réz-oxid, réz, üvegpor stb. A bomlás során olyan gázkeveréket kapunk, amelyet fel kell dolgozni, és amelynek térfogatát nagy pontossággal értékeljük. A térfogat meghatározása legtöbbször pontosabb, mint a megfelelő tömegé. Például :
Manapság egy vegyület elemi elemzését speciális laboratóriumokra bízzák. Fizikai-kémiai módszerek (például atomabszorpciós spektrometria ) váltották fel a kémiai titrálást.
Az új vegyület szintézisét leíró publikáció nem nélkülözheti elemi meghatározást. Túl nagy különbség a kísérleti elemzés és az állítólagos nyers képlet alapján kiszámított érték között azt jelzi, hogy a vegyület nem tiszta, vagy hogy nem megfelelő. Mindkét esetben a kiadvány nem fogadható el.