I kjemi er bruttoformelen den mest kompakte skrivingen som beskriver en kjemisk forbindelse eller en enkel kropp . Råformler, for eksempel C 2 H 6 Ofor etanol , brukes i kjemiske ligninger for å beskrive kjemiske reaksjoner . Mellomliggende notasjoner mellom de rå og halvutviklede formlene tillater mer lesbarhet mens de forblir kompakte, som for etanol skriver C 2 H 5 OH. Mye annen informasjon enn støkiometrien til elementene kan være tilstede i en rå formel ( oksidasjonsnummer , isotopmerking eller spesielt strukturell informasjon) og styres av regler gitt av International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC).
Denne artikkelen begrenser begrepet bruttoformel til alle representasjoner av kjemiske formler skrevet online og ikke viser noen kjemisk binding . Tilstedeværelsen av de kjemiske bindinger i en formel, er beskrevet i artiklene Plane strukturelle formel , strukturell formel og fremstilling av molekyler .
Skriften av råformler, for å erstatte de alkymiske skriftene som var i kraft siden middelalderen , skyldes en rekke på flere stadier.
Den første fasen i moderne skriving av råformler er oppdagelsen av kjemiske elementer av Antoine Lavoisier . Denne franske kjemikeren banet vei for en ny måte å tenke på materie på , ved å vise at alle legemer var sammensatt av elementer eller prinsipper .
Den andre fasen var etableringen av en ny nomenklatur for kjemi. De første kjemikerne som forsto viktigheten av denne nye måten å tenke på kjemiske 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 tre siste, Lavoisier utviklet en ny kjemisk nomenklatur i 1787, metoden for kjemisk nomenklatur . De gamle navnene ble erstattet av et navn ved hjelp av de kjemiske elementene (for eksempel verdigris ble kobberkarbonat , ibid s.141) eller involverte radikaler ( nitrat , sulfat , citrat ) selv basert på kjemikalier (for eksempel leirevitriol ble aluminiumoksydsulfat, ibid s.142).
Den tredje fasen er overgangen fra nomenklatur til kjemiske symboler slik vi kjenner dem, H, C, O, etc. Det skyldes den første analytikerkjemikeren Jöns Jacob Berzelius i 1813 . Råformlene, eller de empiriske formlene, skiller seg fra de som bare brukes av det faktum at tallene som vi skriver i indeks ble skrevet av denne svenske kjemikeren av eksponent (CO 2 i stedet for CO 2).
Skriften av kjemiske formler administreres nå av IUPAC i publikasjonen Nomenclature of Inorganic Chemistry (kallenavnet Red Book ). Empiriske formler, molekylære formler, strukturformler og tilleggsformler skilles ut (se nedenfor). Rekkefølgen de kjemiske elementene er skrevet i er også spesifisert.
De forskjellige typene formler er nyttige for å fullføre representasjonen av kjemiske arter utover bare den totale sammensetningen. Den enkle svovel legeme for eksempel av empiriske formelen S, består av molekyler gruppering 8 atomer, som er angitt ved molekylær formel S 8. Strukturelle formler, som Ca 3 (PO 4 ) 2for kalsiumfosfat , angi hvordan atomer er organisert i den kjemiske arten, i motsetning til råformelen (Ca 3 P 2 O 8 i dette eksemplet).
Den empiriske formelen til et legeme er dannet ved sidestilling av atomsymboler med passende indekser (heltall) som tillater den enkleste skrivingen av formelen som gir den kjemiske sammensetningen. Rekkefølgen av utseendet til symbolene er alfabetisk , bortsett fra i tilfeller av forbindelser som inneholder karbon , for hvilke C og H er sitert henholdsvis første og andre.
Oppbygging av hydrogenperoksyd, molekylformel H 2 O 2 og empirisk formel OH
Forskjellige representasjoner av benzen av det rå formel C 6 H 6 : strukturformel; to topologiske formler; kompakt molekylær modell
Strukturformel av ozon, strukturformel O 3
De ioniske faste stoffene inneholder ikke forskjellige molekyler, men ioner samhandler elektrostatisk med mange naboer. Deres råformler er da godt beskrevet av empiriske formler. For alle disse forbindelsene reflekterer den kjemiske formelen bare andelene av atomer i forbindelsen. Den kation plasseres først etterfulgt av anionet . Eksempel: Na og Cl gir NaCl.
Eksempler:
For molekylære forbindelser, som er stoffer som består av molekyler atskilt fra hverandre, gir molekylære formler, i motsetning til de empiriske formlene som er definert ovenfor, den faktiske sammensetningen av molekylet. Dette er tilfelle for de fleste av forbindelsene som finnes i organisk kjemi og mange uorganiske forbindelser . Denne formelen kan også brukes til polymerer , men angir med en indeks n at antall enheter er variabelt fra ett molekyl til et annet.
Molekylformelen gir antall atomer som utgjør et molekyl . Den gir ikke informasjon om arrangementet av atomene som utgjør det. Dermed kan en rå formel tilsvare flere forskjellige molekyler når det gjelder isomerer .
Atomer som utgjør molekylet er indikert ved hjelp av deres kjemiske symboler . Antallet deres er spesifisert som en indeks for hvert symbol. Den anbefalte rekkefølgen er den alfabetiske rekkefølgen av symbolene med ett unntak: karbon og hydrogen i organiske produkter er alltid oppført først og i den rekkefølgen, deretter etterfulgt av de andre atomene i alfabetisk rekkefølge.
Den propan består av tre karbonatomer (markert C) og åtte atomer av hydrogen (betegnet H), har den følgende empiriske formel: C 3 H 8.
De følgende eksemplene viser forskjellen mellom molekylformel og empirisk formel.
Den empiriske formel for etylen er CH 2.
Den empiriske formel for butan er C 2 H 5.
Uorganiske forbindelserDen empiriske formelen for oksygen er O 2.
Den empiriske formelen for calomel er HgCl.
Strukturformel av NO 2 dimer, Dinitrogentetroksyd av det rå formel N- 2 O 4.
Molekylær modell av ferrocen, en uorganisk forbindelse med molekylformelen (C 5 H 5 ) 2 Fe.
Strukturformelen gir delvis eller fullstendig informasjon om hvordan atomene til et molekyl er forbundet og plassert i rommet. I enkle tilfeller gir en integrert formel som bare er en sekvens av atomsymboler (derav en rå formel) strukturell informasjon slik at leseren kan dekode strukturell informasjon.
For eksempel hydrogenperoksid med den molekylære formelen H 2 O 2 kan skrives med strukturformelen HOOH, som indikerer kjeden av atomer: HOOH.
Så snart strukturen til forbindelsen er mer kompleks, blir det nødvendig å innføre parenteser for å unngå tvetydighet. IUPAC anbefaler sju skriveregler, for eksempel:
Rhodiumkompleks som har broligander (prefiks µ) med den empiriske formelen [{Rh (µ-Cl) (CO) 2 } 2 ]
Flere regler må brukes i henhold til klassene av formler. For eksempel følger ikke rekkefølgen på kjemiske elementer de samme reglene for binære forbindelser eller forbindelser med et sentralt atom .
To prinsipper styrer rekkefølgen på utseendet til elementene i en rå formel:
(Ved samme første bokstav er rekkefølgen som i eksemplet B, Ba, Be.)
For sistnevnte er det en elektronegativitet i betydningen av tabellen nedenfor, og ikke i betydningen av Mulliken , Pauling , etc.
| Ting å sitere først | Rn | Xe | Kr | Ar | Født | Hei |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Element for å sitere neste | Fr | Cs | Rb | K | Ikke relevant | Li |
| etc. | Ra | Ba | Sr | Den | Mg | Være |
| Lr → Ac | Lu → La | Y | Sc | |||
| Rf | Hf | Zr | Ti | |||
| Db | Din | Nb | V | |||
| Sg | W | Mo | Cr | |||
| Bh | Re | Tc | Mn | |||
| Hs | Bein | 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 | ||
| Legg merke til posisjonen til H | Bi | Sb | Ess | P | IKKE | H |
| Po | Du | Se | S | O | ||
| På | Jeg | Br | Cl | F |
For en binær forbindelse er rekkefølgen den elektronegativitet i henhold til tabellen ovenfor. Så du må skrive:
De koordinasjonsforbindelser eller forbindelser som sentralatom er skrevet som begynner med det sentrale atom overvåkning av ligander alfabetisk etter symbol eller forkortelse av liganden. For eksempel :
Merk at i dette siste eksemplet endrer formelen til etylendiaminliganden ved forkortelsen den rekkefølgen på utseendet til ligandene i formelen.
Forbindelser hvis atomer danner en kjede, skrives i kjedens (kjemiske) rekkefølge. For eksempel :
De salter må ha formelen eller symbol på det kation skrevet før den av anionet . Hvis det er flere kationer, er rekkefølgen i alfabetisk rekkefølge, den samme for anionene. For eksempel :
Den IUPAC spesifiserer ikke bruk av parenteser og braketter.
Under dette navnet grupperer IUPAC dobbelt salter , hydrater osv. Vann skrives alltid sist, og de forskjellige saltene må skrives i økende mengde, og like mange i alfabetisk rekkefølge. De forskjellige enhetene er atskilt med et punkt [i det minste i den engelske nomenklaturen]. Så hvis to salter SEL1 og SEL2 er tilknyttet, skriv (SEL2) (SEL1) 3og ikke (SEL1) 3 (SEL2). For eksempel :
Den isotopiske modifikasjonen er angitt i formlene. Tre tilfeller er mulige: tilfellet med atomet, det av en spesifikt merket forbindelse eller en selektiv merket forbindelse.
Massen til et nuklid er skrevet med overskrift foran det tilsvarende symbolet. For eksempel 2 H, 35 Cl.
En forbindelse er spesifikt merket når en enkelt isotopisk substituert forbindelse formelt blir tilsatt til den umodifiserte analoge forbindelsen. [...] Isotopen er angitt mellom parenteser, muligens med en multiplikasjonsindeks. Dette er tilfelle dersom 20% CDCb 3 er til stede i vanlig CHCI 3 . for eksempel
En selektiv merket forbindelse kan sees på som en blanding av spesifikt merkede forbindelser. Det er representert ved å gå foran formelen med symbolet på nuklidet uten en multiplikasjonsindeks mellom parenteser. For eksempel :
Noen markører gir informasjon om oksidasjonsnummeret , stereokjemien , etc.
Den oksidasjonstall av et element i et formelen kan angis med en eksponent, til høyre for symbol, i romertall (med unntak av nulloksidasjonstall angitt med 0). Hvis det samme elementet har flere oksidasjonsnumre i samme formel, gjentas det, hver med oksidasjonsnummeret. For eksempel :
En radikal er et atom eller et molekyl med ett eller flere uparret elektron. Det kan eller ikke belastes. Uparede elektroner er angitt i formelen med et eksponentpunkt.
Eksempler:
Tegn på optisk rotasjon kan være indikert. Den er plassert i parentes, og bølgelengden i nm kan også angis som et abonnement til høyre. Denne valgfrie informasjonen plasseres foran formelen.
Eksempel:
De begeistrede elektroniske tilstandene er angitt med en stjerne i overskrift til høyre. Eksempel NO *
Strukturelle beskrivelser ( cis , trans , etc.) kan være til stede i råformlene. Slike deskriptorer er vanligvis prefikser i kursiv, atskilt fra formelen med et bindestrek. Symbolet µ brukes til å indikere et brodannende atom . Eksempler:
Denne siste formel indikerer at to kompleksene Cr (NH 3 ) 5 er koblet av en HO-ligand (av O-atomet).
Cis-platina, plan-kvadrat kompleks av platina med den strukturelle formel cis - [PtCl 2 (NH 3 ) 2 ]
Platina oktaedrisk kompleks med strukturformel trans - [PtCl 4 (NH 3 ) 2 ]
Kan de nukleære kompleks av krom med en brodannende hydroksyd ligand med strukturformelen [(H 3 N) 5 Cr (μ-OH) Cr (NH 3 ) 5 ]5+
En rå formel bestemmes ved elementæranalyse . I lang tid resulterte denne analysen fra titreringer . Det utføres i to trinn:
Forbindelsen hvis bruttoformel skal bestemmes er mineralisert . For eksempel, hvis det er et hydrokarbon, blir en nøyaktig kjent masse m av denne forbindelsen brent og transformert til CO 2og H 2 O. De forbrenningsprodukter føres gjennom konsentrert svovelsyre som løser vann og ikke CO 2.. Økningen i masse gir informasjon om den mengde av H 2 O, derfor av H, i den studerte formelen. Så bobler forbrenningsproduktene i en nøyaktig kjent mengde brus . Den karbondioksyd (som er en syre ) i nøytralisert slik at en del. En retur syrebasedosering av brus (med saltsyre med kjent styrke) gir mengden CO 2produkt og derfor karbon i forbindelsen. En slik analyse indikerer at det i massen m av forbindelsen er massene m H av grunnstoffet hydrogen og m C av grunnstoffet karbon.
For å utlede råformelen fra den empiriske formelen, må vi enten:
De første elementanalysene fra det tidlige XIX - tallet. Svært smarte metoder har blitt beskrevet for å bestemme den organiske sammensetningen av legemer, spesielt organiske. Disse resultatene var avhengig av kunnskapsutviklingen innen organisk kjemi, særlig kunnskapen om naturlige produkter.
Étienne Henry beskriver således i en bok fra 1833 måten han gjennomfører en elementæranalyse av organiske forbindelser. En nøyaktig veid masse blir introdusert i en enhet som er nøye rengjort "med ild" med forskjellige forbindelser, ifølge analysene som skal utføres: kobberoksid, kobber, glasspulver etc. Nedbrytning gir en blanding av gasser som må behandles og hvis volum verdsettes med stor presisjon. Bestemmelsen av et volum er mest presis enn den tilsvarende massen. For eksempel :
I dag er elementanalysen av en forbindelse betrodd spesialiserte laboratorier. Fysisk-kjemiske metoder (som atomabsorpsjonsspektrometri ) har erstattet kjemiske titreringer.
Publikasjonen som beskriver syntesen av en ny forbindelse, kan ikke gjøre uten en elementær bestemmelse. For stor forskjell mellom den eksperimentelle elementaranalysen og den som beregnes ut fra den påståtte råformelen, indikerer enten at forbindelsen ikke er ren eller at den ikke er den rette. I begge tilfeller kan ikke publikasjonen godtas.