2.4: Fomu za Kemikali

Malengo ya kujifunza

• Symbolize muundo wa molekuli kwa kutumia formula za Masi na formula za
• Kuwakilisha utaratibu wa kuunganisha wa atomi ndani ya molekuli kwa kutumia formula za miundo

Fomula ya masi ni uwakilishi wa molekuli inayotumia alama za kemikali kuonyesha aina za atomi zinazofuatwa na michango ili kuonyesha idadi ya atomi za kila aina katika molekuli. (Subscript hutumiwa tu wakati atomi zaidi ya moja ya aina fulani iko.) Fomu za molekuli pia hutumiwa kama vifupisho kwa majina ya misombo.

Fomu ya kimuundo kwa kiwanja inatoa habari sawa na fomula yake ya masi (aina na namba za atomi katika molekuli) lakini pia inaonyesha jinsi atomi zinavyounganishwa katika molekuli. Fomu ya miundo ya methane ina alama kwa atomi moja ya C na atomi nne za H, zinaonyesha idadi ya atomi katika molekuli (Kielelezo$\PageIndex{1}$). Mstari unawakilisha vifungo vinavyoshikilia atomi pamoja. (Dhamana ya kemikali ni kivutio kati ya atomi au ioni ambacho kinashikilia pamoja katika molekuli au kioo.) Tutajadili vifungo vya kemikali na kuona jinsi ya kutabiri mpangilio wa atomi katika molekuli baadaye. Kwa sasa, tu kujua kwamba mistari ni dalili ya jinsi atomi zinavyounganishwa katika molekuli. Mfano wa mpira na fimbo unaonyesha mpangilio wa kijiometri wa atomi na ukubwa wa atomiki usio na kiwango, na mfano wa kujaza nafasi unaonyesha ukubwa wa jamaa wa atomi.

Kielelezo$\PageIndex{1}$: Molekuli ya methane inaweza kuwakilishwa kama (a) formula ya Masi, (b) formula ya kimuundo, (c) mfano wa mpira-na-fimbo, na (d) mfano wa kujaza nafasi. Atomi za kaboni na hidrojeni zinawakilishwa na nyanja nyeusi na nyeupe, kwa mtiririko huo.

Kielelezo A inaonyesha C H subscript 4. Kielelezo B kinaonyesha atomi ya kaboni inayounganishwa na atomi nne za hidrojeni kwenye pembe za kulia: moja hapo juu, moja upande wa kushoto, moja upande wa kulia, na moja chini. Kielelezo C inaonyesha 3-D, mpira-na-fimbo mfano wa atomi kaboni bonded kwa atomi nne hidrojeni. Kielelezo D kinaonyesha mfano wa kujaza nafasi ya atomi ya kaboni na atomi za hidrojeni sehemu iliyoingia ndani ya uso wa atomi ya kaboni.

Ingawa elementi nyingi zinajumuisha atomi za kipekee, za mtu binafsi, baadhi zipo kama molekuli zilizoundwa na atomi mbili au zaidi za elementi zinazounganishwa pamoja. Kwa mfano, sampuli nyingi za elementi hidrojeni, oksijeni, na nitrojeni zinajumuisha molekuli zilizo na atomi mbili kila mmoja (zinazoitwa molekuli za diatomiki) na hivyo zina fomula za Masi H _{2, O 2}, na N ₂, mtawalia. Vipengele vingine vinavyopatikana kwa kawaida kama molekuli ya diatomiki ni fluorini (F ₂), klorini (Cl ₂), bromini (Br ₂), na iodini (I ₂). Aina ya kawaida ya sulfuri ya kipengele inajumuisha molekuli ambazo zinajumuisha atomi nane za sulfuri; formula yake ya Masi ni S ₈ (Kielelezo$\PageIndex{2}$).

Kielelezo$\PageIndex{2}$: Molekuli ya sulfuri inaundwa na atomi nane za sulfuri na kwa hiyo imeandikwa kama S ₈. Inaweza kuwakilishwa kama (a) formula ya kimuundo, (b) mfano wa mpira-na-fimbo, na (c) mfano wa kujaza nafasi. Atomi za sulfuri zinawakilishwa na nyanja za njano.

Kielelezo A kinaonyesha atomi nane za sulfuri, zilizoonyeshwa na barua S, ambazo zimeunganishwa ili kuunda octagon. Kielelezo B kinaonyesha mfano wa 3-D, mpira-na-fimbo ya utaratibu wa atomi za sulfuri. Sura hiyo ni wazi si ya nne kama inawakilishwa katika formula ya kimuundo. Kielelezo C ni mfano wa kujaza nafasi ambayo inaonyesha kila atomi sulfuri ni sehemu iliyoingia ndani ya atomi sulfuri ni vifungo na.

Ni muhimu kutambua kwamba usajili unaofuata ishara na namba mbele ya ishara haukuwakilisha kitu kimoja; kwa mfano, H ₂ na 2H zinawakilisha aina tofauti tofauti. H ₂ ni fomula ya masi; inawakilisha molekuli ya diatomiki ya hidrojeni, yenye atomi mbili za elementi ambazo zinaunganishwa kwa pamoja. Maneno 2H, kwa upande mwingine, inaonyesha atomi mbili tofauti za hidrojeni ambazo haziunganishwa kama kitengo. Maneno 2H ₂ inawakilisha molekuli mbili za hidrojeni diatomic (Kielelezo$\PageIndex{3}$).

Kielelezo$\PageIndex{3}$: alama H, 2H, H ₂, na 2H ₂ zinawakilisha vyombo tofauti sana.

Takwimu hii inaonyesha michoro nne. Mchoro wa H unaonyesha nyanja moja, nyeupe na inaitwa moja ya atomi H. Mchoro wa 2 H unaonyesha nyanja mbili nyeupe ambazo haziunganishwa pamoja. Inaitwa atomi 2 H. Mchoro wa H subscript 2 inaonyesha nyanja mbili nyeupe zilizounganishwa pamoja. Ni kinachoitwa moja H subscript 2 molekuli. Mchoro wa 2 H subscript 2 inaonyesha seti mbili za nyanja zilizounganishwa, nyeupe. Ni kinachoitwa 2 H subscript 2 molekuli.

Misombo hutengenezwa wakati vipengele viwili au zaidi vinavyochanganya kemikali, na kusababisha kuundwa kwa vifungo. Kwa mfano, hidrojeni na oksijeni zinaweza kuguswa ili kuunda maji, na sodiamu na klorini zinaweza kuguswa ili kuunda chumvi la meza. Wakati mwingine tunaelezea muundo wa misombo hii kwa formula ya maandishi, ambayo inaonyesha aina za atomi zilizopo na uwiano rahisi zaidi wa idadi ya atomi (au ions) katika kiwanja. Kwa mfano, titanium dioksidi (kutumika kama rangi katika rangi nyeupe na katika nene, nyeupe, kuzuia aina ya jua) ina formula empirical ya Tio ₂. Hii kubainisha mambo titanium (Ti) na oksijeni (O) kama wapiga kura wa titanium dioksidi, na inaonyesha kuwepo kwa atomi mara mbili ya kipengele oksijeni kama atomi ya kipengele titan (Kielelezo$\PageIndex{4}$).

Kielelezo$\PageIndex{4}$: (a) kiwanja nyeupe titan dioksidi hutoa ulinzi bora kutoka jua. (b) Kioo cha dioksidi ya titani, TiO ₂, ina titani na oksijeni katika uwiano wa 1 hadi 2. Atomi za titani ni kijivu na atomi za oksijeni ni nyekundu. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na “osseous” /Flickr).

Kielelezo A kinaonyesha picha ya mtu anayeomba lotion ya suntan kwa mguu wake wa chini. Kielelezo B inaonyesha 3-D mpira-na-fimbo mfano wa molekuli titan dioksidi, ambayo inahusisha interlocking ngumu ya atomi nyingi titanium na oksijeni. Atomi za titani katika molekuli zinaonyeshwa kama nyanja za fedha na atomi za oksijeni zinaonyeshwa kama nyanja nyekundu. Kuna atomi nyingi za oksijeni mara mbili kama atomi za titani katika molekuli.

Kama ilivyojadiliwa hapo awali, tunaweza kuelezea kiwanja na formula ya Masi, ambayo michango zinaonyesha idadi halisi ya atomi za kila kipengele katika molekuli ya kiwanja. Mara nyingi, formula ya Masi ya dutu inatokana na uamuzi wa majaribio ya formula yake ya kimapenzi na molekuli yake ya Masi (jumla ya raia wa atomiki kwa atomi zote zinazounda molekuli). Kwa mfano, inaweza kuamua kwa majaribio kwamba benzini ina elementi mbili, kaboni (C) na hidrojeni (H), na kwamba kwa kila atomi ya kaboni katika benzini, kuna atomi moja ya hidrojeni. Hivyo, formula ya maandishi ni CH. Uamuzi wa majaribio ya molekuli ya Masi inaonyesha kwamba molekuli ya benzini ina atomi sita za kaboni na atomi sita za hidrojeni, hivyo formula ya Masi ya benzini ni C ₆ H ₆ (Kielelezo$\PageIndex{5}$).

Kielelezo$\PageIndex{5}$: Benzene, C ₆ H ₆, huzalishwa wakati wa kusafisha mafuta na ina matumizi mengi ya viwanda. Molekuli ya benzini inaweza kuwakilishwa kama (a) formula ya kimuundo, (b) mfano wa mpira-na-fimbo, na (c) mfano wa kujaza nafasi. (d) Benzini ni kioevu kilicho wazi. (mikopo d: mabadiliko ya kazi na Sahar Atwa).

Kielelezo A kinaonyesha kwamba benzini inaundwa na kaboni sita umbo kama hexagon. Kila dhamana nyingine kati ya atomi za kaboni ni dhamana mara mbili. Kila kaboni pia ina atomi moja ya hidrojeni iliyofungwa. Kielelezo B kinaonyesha kuchora 3-D, mpira-na-fimbo ya benzini. Atomi za kaboni sita ni nyanja nyeusi ilhali atomi sita za hidrojeni ni ndogo, nyanja nyeupe. Kielelezo C ni mfano wa kujaza nafasi ya benzini ambayo inaonyesha kwamba zaidi ya nafasi ya mambo ya ndani ni ulichukua na atomi kaboni. Atomi za hidrojeni zinaingizwa kwenye uso wa nje wa atomi za kaboni. Kielelezo d inaonyesha bakuli ndogo iliyojaa benzini ambayo inaonekana kuwa wazi.

Ikiwa tunajua formula ya kiwanja, tunaweza kuamua kwa urahisi formula ya upimaji. (Hii ni kiasi fulani cha zoezi la kitaaluma; chronology ya reverse kwa ujumla hufuatiwa katika mazoezi halisi.) Kwa mfano, formula ya Masi ya asidi ya asidi, sehemu ambayo inatoa siki ladha yake mkali, ni C ₂ H ₄ O ₂. Fomu hii inaonyesha kwamba molekuli ya asidi ya asidi (Kielelezo$\PageIndex{6}$) ina atomi mbili za kaboni, atomi nne za hidrojeni, na atomi mbili za oksijeni. Uwiano wa atomi ni 2:4:2. Kugawanyika kwa denominator chini ya kawaida (2) anatoa rahisi, nzima-idadi uwiano wa atomi, 1:2:1, hivyo formula empirical ni CH ₂ O. Kumbuka kuwa formula Masi daima nzima-idadi nyingi ya formula empirical.

Kielelezo$\PageIndex{6}$: (a) Vigaji ina asidi asetiki, C ₂ H ₄ O ₂, ambayo ina formula empirical ya CH ₂ O. inaweza kuwakilishwa kama (b) formula ya kimuundo na (c) kama mfano wa mpira na fimbo. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na “HomeSpot HQ” /Flickr)

Kielelezo A kinaonyesha jug ya siki iliyosafirishwa, nyeupe. Kielelezo B kinaonyesha formula ya kimuundo kwa asidi asetiki ambayo ina atomi mbili za kaboni zilizounganishwa na dhamana moja. Atomu ya kaboni ya kushoto inaunda vifungo moja na atomi tatu za hidrojeni. Atomi ya kaboni ya haki huunda dhamana mbili na atomi ya oksijeni. Atomi ya kaboni ya haki pia huunda dhamana moja yenye atomi ya oksijeni. Oksijeni hii huunda dhamana moja na atomi ya hidrojeni. Kielelezo C kinaonyesha mfano wa 3-D mpira-na-fimbo ya asidi ya asidi.

Mfano$\PageIndex{1}$: Empirical and Molecular Formulas

Molekuli ya glucose (sukari ya damu) ina atomi 6 za kaboni, atomi 12 za hidrojeni, na atomi 6 za oksijeni Nini molekuli na empirical formula ya glucose?

Suluhisho

Fomula ya molekuli ni C ₆ H ₁₂ O ₆ kwa sababu molekuli moja kweli ina 6 C, 12 H, na 6 O atomi. Uwiano rahisi wa nambari nzima ya C hadi H hadi O atomi katika glucose ni 1:2:1, hivyo formula ya empirical ni CH ₂ O.

Zoezi$\PageIndex{1}$

Molekuli ya metaldehyde (dawa inayotumiwa kwa konokono na slugs) ina atomi 8 za kaboni, atomi 16 za hidrojeni, na atomi 4 za oksijeni. Nini molekuli na empirical formula ya metaldehyde?

Jibu

Fomu ya molekuli, C ₈ H ₁₆ O ₄; formula ya maandishi, C ₂ H ₄ O

Ni muhimu kuwa na ufahamu kwamba inaweza kuwa inawezekana kwa atomi sawa kupangwa kwa njia tofauti: Misombo na fomula sawa Masi inaweza kuwa tofauti atomi-to-atomi bonding na hivyo miundo tofauti. Kwa mfano, kunaweza kuwa na kiwanja kingine na formula sawa na asidi ya asidi, C ₂ H ₄ O ₂? Na kama ni hivyo, itakuwa nini muundo wa molekuli zake?

Ikiwa unatabiri kuwa kiwanja kingine na formula C ₂ H ₄ O ₂ inaweza kuwepo, basi umeonyesha ufahamu mzuri wa kemikali na ni sahihi. Atomi mbili za C, atomi nne za H, na atomi mbili za O pia zinaweza kupangwa kuunda formate ya methyl, ambayo hutumiwa katika utengenezaji, kama dawa, na kwa kumaliza haraka. Methyl formate molekuli na moja ya atomi oksijeni kati ya atomi mbili kaboni, tofauti na mpangilio katika molekuli asidi asetiki. Asidi ya asetiki na formate ya methyl ni mifano ya isomeri-misombo yenye formula sawa ya kemikali lakini miundo tofauti ya Masi (Kielelezo$\PageIndex{7}$). Kumbuka kuwa tofauti hii ndogo katika utaratibu wa atomi ina athari kubwa juu ya mali zao za kemikali. Bila shaka hawataki kutumia suluhisho la formate ya methyl kama mbadala ya suluhisho la asidi ya asidi (siki) unapofanya mavazi ya saladi.

Kielelezo$\PageIndex{7}$: Molekuli ya (a) asidi ya asidi na formate ya methyl (b) ni isoma za miundo; wana formula sawa (C ₂ H ₄ O ₂) lakini miundo tofauti (na hivyo mali tofauti za kemikali).

Kielelezo A inaonyesha mchoro wa kimuundo wa asidi ya asidi, C subscript 2 H subscript 4 O subscript 2. Asidi ya Acetic ina atomi mbili za kaboni zilizounganishwa na dhamana moja. Atomu ya kaboni ya kushoto inaunda vifungo moja na atomi tatu za hidrojeni. Kaboni upande wa kulia huunda dhamana mbili na atomi ya oksijeni. Atomu ya kaboni ya haki pia inaunda dhamana moja kwa atomu ya oksijeni ambayo huunda dhamana moja yenye atomu ya hidrojeni. Kielelezo B inaonyesha mchoro wa miundo ya formate ya methyl, C subscript 2 H subscript 4 O subscript 2. Molekuli hii ina atomu ya kaboni ambayo huunda vifungo moja na atomi tatu za hidrojeni, na dhamana moja yenye atomu ya oksijeni. Atomu ya oksijeni huunda dhamana moja na atomu nyingine ya kaboni ambayo huunda dhamana mara mbili na atomi nyingine ya oksijeni na dhamana moja yenye atomu ya hidrojeni.

Aina nyingi za isomers zipo (Kielelezo$\PageIndex{8}$). Asidi ya Acetic na formate ya methyl ni isoma za kimuundo, misombo ambayo molekuli hutofautiana katika jinsi atomi zinavyounganishwa. Pia kuna aina mbalimbali za isoma za anga, ambapo mwelekeo wa jamaa wa atomi katika anga unaweza kuwa tofauti. Kwa mfano, carvone ya kiwanja (inayopatikana katika mbegu za caraway, spearmint, na maganda ya machungwa ya Mandarin) ina isoma mbili ambazo ni picha za kioo za kila mmoja. S - (+) -carvone harufu kama caraway, na R - (-) -carvone harufu kama spearmint.

Kielelezo$\PageIndex{8}$: Molekuli ya carvone ni isoma za anga; zinatofautiana tu katika mwelekeo wa jamaa wa atomi katika nafasi. (mikopo chini kushoto: mabadiliko ya kazi na “Miansari66" /Wikimedia Commons; mikopo chini kulia: muundo wa kazi na Forest & Kim Starr)

 

Muhtasari

Fomula ya masi inatumia alama za kemikali na michango ili kuonyesha namba halisi za atomi tofauti katika molekuli au kiwanja. Fomu ya upimaji hutoa uwiano rahisi, nzima-idadi ya atomi katika kiwanja. Fomu ya miundo inaonyesha utaratibu wa kuunganisha wa atomi katika molekuli. Mifano ya mpira-na-fimbo na nafasi ya kujaza inaonyesha mpangilio wa kijiometri wa atomi katika molekuli. Isoma ni misombo yenye fomula sawa ya Masi lakini mipango tofauti ya atomi.

faharasa

formula ya kimapenzi

formula kuonyesha muundo wa kiwanja aliyopewa kama uwiano rahisi nzima-idadi ya atomi

isoma

misombo na formula sawa kemikali lakini miundo tofauti

formula ya Masi

formula kuonyesha muundo wa molekuli ya kiwanja na kutoa idadi halisi ya atomi ya kila kipengele katika molekuli ya kiwanja.

isoma za anga

misombo ambayo mwelekeo jamaa wa atomi katika nafasi tofauti

isoma ya kimuundo

moja ya vitu viwili ambavyo vina formula sawa ya Masi, lakini mali tofauti za kimwili na kemikali, kwa sababu atomi zao zinaunganishwa tofauti.

formula ya miundo

inaonyesha atomi katika molekuli na jinsi zinavyounganishwa