ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина І. ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ

Розділ 3. ХІМІЧНИЙ ЗВ’ЯЗОК

§ 3.8. Структурні формули

Склад сполуки зображується у вигляді хімічних формул: емпіричних, електронних і структурних. Як приклад запишемо відповідні формули молекул водню, води, аміаку і метану.

Емпіричні формули: Н₂ Н₂O NH₃ СН₄

Електронні формули:

Структурні формули:

Емпіричні, або молекулярні, формули відбивають тільки якісний і кількісний склад молекул, тобто вид і число атомів у сполуці.

Електронні формули складаються із символів елементів, навколо яких точками позначають електрони зовнішнього рівня, а між атомами — зв’язуючі електронні пари. Вони показують порядок сполучення атомів у молекулі, а також природу хімічного зв’язку і механізм утворення молекули з атомів, а тому часто застосовуються для пояснення поведінки сполук у різних реакціях. Двома точками між атомами в електронних формулах позначають місця перекривання електронних хмар, а значить, і найбільшу густину зв’язуючої двохелектронної хмари.

Структурні електронні формули, або формули будови, — це формули, в яких кожна зв’язуюча електронна пара зображується рискою (штрихом). Вони, як і електронні формули, показують порядок сполучення атомів у молекулі, їх взаємозв’язок. Для спрощення структурні формули прийнято зображувати у скороченому вигляді, зазначаючи тільки зв’язки між атомами, що утворюють ланцюг. Наприклад, етан СН₃—СН₃, етилен СН₂=СН₂, ацетилен СН=СН, бутан СН₃—СН₂—СН₃—СН₃. Структурна формула не вказує просторового розміщення атомів у молекулах, як правило досить складного. Показати його можна за допомогою моделей — кулестержневих і масштабних (рис. 3.19).

У перших кулі-атоми сполучені за допомогою стержнів, що символізують валентні зв’язки, у других пластилінові кулі вдавлені одна в одну, демонструючи заповнення простору молекули. Обидві моделі наочно передають форму молекули. Модель молекули метану, де карбон сполучений з чотирма однаковими атомами гідрогену, можна подати у вигляді тетраедра (правильного чотиригранника): у центрі його розміщений атом карбону, у вершинах — атоми гідрогену (див. рис. 3.11). Отже, чотири валентності карбону напрямлені у просторі до чотирьох вершин тетраедра. Ці напрямки зберігаються і під час утворення карбонових ланцюгів. Молекулу етану можна зобразити у вигляді фігури, що складається з Двох тетраедрів, сполучених вершинами (рис. 3.20), тощо.

Рис. 3.19. Моделі молекули: а — кулестержневі; б — масштабні

Рис. 3.20. Молекула етану

У хімії звичайно користуються структурними формулами, пам’ятаючи, що атоми мають просторове розміщення. Ці формули застосовують тільки для сполук з ковалентними зв’язками, що мають молекулярні кристалічні решітки. До останніх належать переважна більшість органічних сполук, багато кислот і деякі оксиди неметалів.