Skip to main content
Library homepage
 
Global

2.5: Fomu za Kemikali

  1. CCBY
  2. Last updated
    Nov 1, 2022
  3. Page ID
    188290
  4. Save as PDF

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

  • 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 (Mchoro 2.16). 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 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.
Kielelezo 2.16 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.

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 (Mchoro 2.17).

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.
Kielelezo 2.17 Molekuli ya sulfuri inajumuisha 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.

Ni muhimu kutambua kwamba usajili unaofuata ishara na nambari 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 2.18).

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.
Kielelezo 2.18 Ishara H, 2H, H 2, na 2H 2 zinawakilisha vyombo tofauti sana.

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 2.19).

Kielelezo A kinaonyesha picha ya mtu anayetumia 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.
Kielelezo 2.19 (a) Kiwanja nyeupe cha 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)

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 (Mchoro 2.20).

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.
Kielelezo 2.20 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)

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 2.21) 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 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.
Kielelezo 2.21 (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 miundo na (c) kama mpira- na-fimbo mfano. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na “HomeSpot HQ” /Flickr)

Mfano 2.6

Fomu za kimapenzi na za Masi

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.

Angalia Kujifunza Yako

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

Picha ya Kemia

Lee Cronin

Ni nini ambacho maduka ya dawa hufanya nini? Kulingana na Lee Cronin (Kielelezo 2.22), maduka ya dawa hufanya molekuli ngumu sana kwa “kukata” molekuli ndogo na “uhandisi wa reverse” yao. Anashangaa kama tungeweza “kutengeneza kemia ya kawaida ya baridi” kwa kile anachokiita kemia ya “app-ing”. Je, sisi “programu” kemia?

Katika majadiliano ya TED ya 2012, Lee anaelezea uwezekano mmoja unaovutia: kuchanganya mkusanyiko wa “inks” za kemikali na printer ya 3D inayoweza kutengeneza vifaa vya majibu (zilizopo ndogo za mtihani, vikombe, na kadhalika) ili kutengeneza “kibao cha zana zima cha kemia.” Hii toolkit inaweza kutumika kujenga madawa desturi kulengwa kupambana superbug mpya au “magazeti” dawa binafsi kimeundwa kwa babies yako maumbile, mazingira, na hali ya afya. Anasema Cronin, “Nini Apple alifanya kwa muziki, Ningependa kufanya kwa ajili ya ugunduzi na usambazaji wa dawa za dawa.” 2 Tazama majadiliano yake kamili kwenye tovuti ya TED.

Hii ni picha ya mwanakemia Lee Cronin.
Kielelezo 2.22 Kemia Lee Cronin imekuwa jina moja ya 10 Uingereza wanasayansi wengi inspirational. Mwenyekiti mdogo zaidi katika Chuo Kikuu cha Glasgow, Lee anaendesha kundi kubwa la utafiti, anashirikiana na wanasayansi wengi duniani kote, amechapisha zaidi ya karatasi 250 katika majarida ya juu ya kisayansi, na ametoa mazungumzo zaidi ya 150 walioalikwa. Utafiti wake unazingatia mifumo tata ya kemikali na uwezo wao wa kubadilisha teknolojia, lakini pia matawi katika sayansi ya nanoscience, nishati ya jua, biolojia ya synthetic, na hata maisha ya bandia na mageuzi. (mikopo: picha kwa hisani ya Lee Cronin)

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 2.23). Kumbuka kuwa tofauti hii ndogo katika mpangilio 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 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.
Kielelezo 2.23 Molekuli ya (a) asidi asetiki na formate ya methyl (b) ni isoma za kimuundo; wana formula sawa (C 2 H 4 O 2) lakini miundo tofauti (na kwa hiyo tofauti kemikali mali).

Aina nyingi za isomers zipo (Kielelezo 2.24). 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.

juu kushoto sehemu ya hii 2 mstari, 4 safu takwimu inaonyesha mchoro miundo ya carvone chanya, C subscript 10 H subscript 14 O. molekuli hii ina chembe kaboni ambayo hufanya dhamana mara mbili na C H subscript 2 kundi na C H subscript 3 kundi. Atomu ya kaboni pia huunda dhamana moja na atomu nyingine ya kaboni ambayo ni sehemu ya pete. Atomi hii ya kaboni, kuwa sehemu ya pete, huunda vifungo moja na atomi ya hidrojeni, kikundi cha C H kilichosajiliwa 2, na kikundi cha C H kilichosajiliwa 2. C H ya kwanza inajisajili kundi mbili huunda dhamana moja na C H ambayo huunda dhamana mara mbili na atomi ya kaboni. Atomu hii ya kaboni huunda dhamana moja na kundi la C H subscript 3. Atomu ya kaboni inayounda sehemu ya pete huunda dhamana moja yenye atomu ya kaboni ambayo huunda dhamana mara mbili na atomu ya oksijeni na dhamana moja yenye kundi la C H subscript 2 ili kukamilisha pete. Chini ya mchoro wa miundo ya carvone ni picha ya mbegu za caraway. Column 2 ina kufanana mpira na fimbo uwakilishi wa mchoro miundo katika nafasi ya juu kushoto. Sehemu ya juu ya picha hizi kila ina barua “S” na kuna mshale unaoelekeza chini kutoka picha ya juu hadi picha ya chini. Nguzo 3 na 4 ni uwakilishi wa carvone hasi. Mstari wa juu katika safu tatu unaonyesha picha iliyoonekana ya muundo wa mpira na fimbo upande wake wa kushoto, unaonekana kwenye mhimili wa y. Kuna mshale unaoelekeza chini kwa picha hapa chini, ambayo ni muundo huo unaozunguka counter counter clockwise 180 digrii. Picha zote mbili katika safu ya 3 zina “R” kwenye kona ya juu ya kulia. Picha katika mstari wa kwanza wa safu ya 4 ni sawa na muundo wa lewis katika mstari wa kwanza wa safu ya 1, iliyojitokeza kwenye mhimili wa y. Chini ya mchoro huu mbaya wa miundo ya carvone ni picha ya majani ya spearmint.
Kielelezo 2.24 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)

maelezo ya chini

  • 2 Lee Cronin, “Print Your Own Medicine,” Majadiliano yaliyotolewa katika TED Global 2012, Edinburgh, Scotland, Juni 2012.