Chemický vzorec

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Chemický vzorec je grafické zobrazení složení, případně struktury a prostorového uspořádání molekul chemické sloučeniny nebo prvku za použití symbolů prvků, případně čísel a dalších znaků (např. závorek) a grafických prvků (čar a křivek).

Pod pojmem chemický vzorec se může skrývat řada různých reprezentací molekul. Česká terminologie označování jednotlivých kategorií chemických vzorců není zcela ustálená.

Obsah

1 Stechiometrický vzorec
2 Molekulární vzorec
3 Sumární vzorec
- 3.1 Příklady sumárních vzorců
4 Funkční vzorec
5 Strukturní vzorec
6 Podívejte se také na

[editovat] Stechiometrický vzorec

Stechiometrický vzorec zaznamenává složení chemické sloučeniny bez ohledu na skutečný počet atomů v molekule. Zapisuje se jako řada symbolů prvků obsažených v dané sloučenině, případně doplněných číselnými indexy, umisťovanými vpravo dole za symbolem určitého prvku. Symbol každého z těchto prvků se vyskytne ve stechiometrickém vzorci právě jednou. Chceme-li zdůraznit, že se jedná o stechiometrický vzorec, uzavřeme jeho zápis do složených závorek { }.

Přitom pořadí zápisu symbolu prvků ve vzorci není podstatné, někdy se řadí abecedně, jindy podle vzrůstajícího protonového (atomového) čísla. Nejčastější praxe je u anorganických sloučenin taková, že se prvky ve vzorci řadí v pořadí kovy v pořadí vzrůstajících protonových čísel-vodík-významný (charakteristický) nekov-ostatní prvky v pořadí vzrůstajících protonových čísel. U organických sloučenin se obvykle řadí v pořadí uhlík-vodík-ostatní prvky v pořadí vzrůstajících protonových čísel. Číselné indexy u symbolů prvků vyjadřují relativní poměr jednotlivých atomů prvků v dané chemické sloučenině, nikoli nezbytně skutečný počet atomů v molekule. Tento způsob zápisu se nejčastěji používá u iontových sloučenin, u kterých vlastně molekuly neexistují; v pevné krystalické fázi nelze rozlišit příslušnost jednotlivých iontů k hypotetické molekule a v roztocích existují samostatné (případně solvatované) ionty.

Příkladem stechiometrického vzorce u iontových sloučenin může být:

chlorid sodný – NaCl resp. {NaCl}

síran amonný – H₈NO₄S resp. {H₈NO₄S}

dusičnan draselný – KNO₃ resp. {KNO₃}

dusičnan amonný – H₄N₂O₃ resp. {H₄N₂O₃}

U neiontových sloučenin se stechiometrické vzorce používají výjimečně, prakticky jen v případech, kdy neznáme u sloučeniny její molekulovou hmotnost. Pokud byl takový vzorec stanoven na základě chemické kvantitativní analýzy, pak většinou hovoříme o empirickém stechiometrickém vzorci nebo krátce o empirickém vzorci.

Příkladem stechiometrického vzorce u neiontových sloučenin může být:

oxid dusičitý – {NO₂} – počet atomů odpovídá jedné molekule monomerni formy, resp. polovině molekuly dimerní formy této sloučeniny

methan – {CH₄} – počet atomů odpovídá jedné molekule

ethan – {CH₃} – počet atomů odpovídá jedné polovině molekuly

benzen – {CH} – počet atomů odpovídá jedné šestině molekuly

glukosa – {CH₂O} – počet atomů odpovídá jedné šestině molekuly

[editovat] Molekulární vzorec

Molekulární vzorec (méně často nazývaný souhrnný vzorec) se zapisuje se jako řada symbolů prvků obsažených v dané sloučenině, případně doplněných číselnými indexy, umisťovanými vpravo dole za symbolem určitého prvku. Je tedy svým vzhledem podobný vzorci stechiometrickému, ale hlavní rozdíl spočívá v tom, že v molekulárním vzorci odpovídá počet jednotlivých atomů prvků skutečnému počtu těchto částic v molekule. Symbol každého z těchto prvků se vyskytne v molekulárním vzorci právě jednou. Je zřejmé, že jej lze striktně vzato použít pouze u sloučenin, které mají přesně definované molekuly, tedy nikoli u sloučenin iontových.

O pořadí symbolů prvků v molekulárním vzorci platí totéž, co bylo napsáno u vzorce stechiometrického.

Příkladem molekulárního vzorce může být:

oxid dusičitý (monomerní forma) – NO₂

oxid dusičitý (dimerní forma) – N₂O₄

methan – CH₄

ethan – C₂H₆

ethanol – C₂H₆O

kyselina octová – C₂H₄O2

benzen – C₆H₆

glukosa – C₆H₁₂O₆

[editovat] Sumární vzorec

Sumární vzorec chemické látky udává prvky, z nichž se látka skládá a počet jejich atomů v molekule. Na rozdíl od vzorce stechiometrického, s nímž může, ale nemusí být totožný, vyčteme ze sumárního vzorce skutečný počet atomů v molekule látky. Na rozdíl od vzorce strukturního nezjistíme ze sumárního vzorce nic o vzájemných vazbách a prostorovém uspořádání. Vzhledem k tomu se sumární vzorce běžně používají v anorganické chemii, jen velice zřídka v organické.

[editovat] Příklady sumárních vzorců

O₂ – kyslík

H₂O₂ – peroxid vodíku

CaCO₃ – uhličitan vápenatý

C₆H₆ – benzen

C₃H₆O – aceton (propanon)

C₃H₆O – propanal (propionaldehyd)

C₃H₆O – methyl(vinyl)ether (ethinyl(methyl)ether, methoxyethen)

Poslední tři uvedené sloučeniny mají stejný sumární vzorec, ale liší se svoji strukturou. Takové látky, složené ze stejných atomů a ve stejnoém počtu, ale různě uspořádaných, se nazývají izomery.

[editovat] Funkční vzorec

Funkční vzorec je speciální zápis vzorce molekulárního nebo stechiometrického, od nichž se liší tím, že pomocí symbolů prvků a číselných indexů jsou postupně zapisovány jednotlivé funkční skupiny (tj. skupiny atomů, které se v molekule projevují formou dolního indexu.

Příkladem funkčního vzorce může být:

dusičnan amonný – NH₄NO₃

síran amonný – (NH₄)₂SO₄

ethanol – C₂H₅OH

kyselina octová – CH₃COOH

U koordinačních látek bývá zvykem komplexní část molekuly uzavírat do hranatých závorek, např.:

tetrahydridohlinitan draselný – K[AlH₄]

hexakyanoželezitan draselný – K₃[Fe(CN)₆]

U nadmolekulových komplexů, zejména u hydrátů solí, se jednotlivé molekuly, tvořící tento komplex, zapisují samostatně a spojují se znakem „tečka“ bez mezer (odklepů). Pokud se na komplexu podílí více než jedna molekula určitého typu, jejich počet se zapíše číslem předcházejícím vzorec této molekuly (toto číslo se obvykle neodděluje od následujícího molekulárního vzorce). Tečka ve vzorci se čte „plus“. Např.:

heptahydrát síranu železnatého – FeSO₄.7H₂O

[editovat] Strukturní vzorec

Strukturní vzorec zobrazuje kromě počtu atomů v molekule i jejich vzájemné propojování, případně do menší či větší míry i geometrické uspořádání molekuly. Existuje proto řada různých druhů strukturních vzorců.

[editovat] Konstituční vzorec

V konstitučním vzorci zobrazujeme v rovině papíru propojení jednotlivých atomů pomocí spojovacích čar (jednoduchých, zdvojených či ztrojených úseček, v případě potřeby i zakřivených čar), znázorňující vazby mezi atomy (jednoduché, dvojné nebo trojné vazby). Přitom délka spojovacích úseček a úhly mezi sousedními úsečkami nevyjadřují ani skutečnou délku vazeb v molekuly, ani úhly mezi vazbami. Konstituční vzorce však umožňují rozlišit sloučeniny se stejným

Konstituční vzorce existují v podstatě ve čtyřech verzích.

Rozvinutý konstituční vzorec

V takovém vzorci jsou symboly prvků znázorněny všechny atomy, vyskytující se v molekule. Tento způsob lze z praktických důvodů použít pouze u velmi malých molekul, zejména anorganických látek, protože jinak zabírají velkou plochu a jsou značně nepřehledné.

Příklady:

butan –

kyselina octová –

cyklohexan –

benzen –

Elektronový vzorec

Elektronový vzorec se od prostého rozvinutého konstitučního vzorce liší tím, že kromě chemických vazeb mezi atomy (kdy vlastně jedna úsečka representuje dvojici elektronů sdílenou dvěma sousedními atomy) vyznačuje i další elektrony valenčních sfér atomů, které se však nepodílejí na chemických vazbách mezi těmito atomy. Jedná-li se o nepárový elektron, pak jej vyznačujeme tečkou u symbolu příslušného atomu, volný elektronový pár pak krátkou úsečkou podél symbolu atomu.

Příklady:

oxid uhelnatý –

oxid uhličitý –

oxid dusičitý (monomer) –

oxid dusičitý (dimer) –

Racionální konstituční vzorec

Racionální konstituční vzorec je používán zejména v organické chemii. V něm jsou v podstatě vyznačovány úsečkami (nebo křivkami) pouze vazby mezi uhlíkovými atomy, případně většími skupinami atomů, u nichž je jejich konstituční struktura běžně známa. Typickým příkladem je náhrada rozepsané struktury methylového radikálu, v němž jsou vázány jednoduchými vazbami tři atomy vodíku na jeden atom uhlíku zkráceným zápisem CH₃, nebo methylenové skupiny, zápisem CH₂. Jiným typickým případem je náhrada zápisu struktury radikálu fenylu (odvozeného od uhlovodíku benzenu) zápisem C₆H₅.

Podstatné je, že tzv. funkční skupiny, které dávají molekulám sloučeniny specifické chemické a fyzikální vlastnosti, jsou v racionálním konstitučním vzorci zřetelně vyznačeny a nezkracují se.

Příklady:

butan –

kyselina octová –

kyselina γ-aminomáselná –

cyklohexan –

Zjednodušený racionální konstituční vzorec

I u předchozího typu vzorců je grafický rozsah plochy potřebné pro jeho zápis u složitějších organických látek mnohdy značně velký. Další úspory místa se dosáhne tím, že ze zápisu konstitučního vzorce se zcela vyloučí zápis symbolů atomů uhlíku (obvykle s výjimkou koncových methylových skupin, které se ve vzorci explicitně uvádějí) a většiny atomů vodíku. V zápisu se předpokládá, že atomy uhlíku se vyskytují ve všech koncových bodech úseček (nebo zlomech křivek) a atomy vodíku se automaticky při „čtení“ vzorce doplňují k atomům uhlíku dle potřeby. Atomy vodíku se však zapisují vždy, jsou-li součástí funkčních skupin.

Příklady:

butan –

kyselina γ-aminomáselná –

Soubor:Strukt_vzorec_kys_gama-aminomaselna_rac2.PNG

cyklohexan –

benzen –

[editovat] Geometrický vzorec

U geometrického vzorce se jednoduchými grafickými prostředky (průmětem do roviny papíru) znázorní skutečná prostorová stavba molekuly. Obvykle se vazby směřující „před papír“ znázorňují zesilujícím úzkým klínem (viz příklad methanu), vazby ležící v rovině papíru normálními čarami a vazby směřující za papír se kreslí tečkovaně nebo čárovaně či šrafovaně.

Příklady:

voda –

methan –

[editovat] Konfigurační vzorec

Konfigurační vzorec je speciální případ konstitučního vzorce, ve kterém je znázorněno specifické prostorové uspořádání molekul, které se neliší sledem propojení jednotlivých atomů, ale jejich prostorovým uspořádáním, přičemž jednu formu molekuly nelze převést ve druhou bez přerušení některé (některých) vazeb. Typickým příkladem je tzv. cis/trans isomerie na dvojné vazbě v organických sloučeninách, nebo stereoizomerie látek s centrem asymetrie (např. u opticky aktivních látek).

Příklady:

cis-but-2-en –

trans-but-2-en –

Zvláštním druhem konfiguračních vzorců používaných u sacharidů a jejich derivátů jsou vzorce ve Fischerově, Tollensově nebo Haworthově projekci.

Příklady:

D-threosa –

L-threosa –

[editovat] Konformační vzorec

Zvláštním případem geometrického vzorce zobrazujícího geometrii molekuly je konformační vzorec, který zachycuje jednotlivé možnosti prostorového uspořádání molekuly, mezi nimiž může molekula přecházet v důsledku možného otáčení jejích částí kolem jednoduchých vazeb mezi vzájemně vázanými atomy.

Příklady:

ethylalkohol –