הנוסחה המבנית הוא ייצוג גרפי של אג"ח של מולקולה, ושופך אור על המבנה שלה פעם להעריך בשיטות ספקטרוסקופיות. זו הדרך הספציפית ביותר כאשר מתייחסים לתרכובת ספציפית, ולא למספר איזומרים המתאימים לאותה נוסחה מולקולרית.
לדוגמה, בוטאן, C 4 H 10 , יש שני איזומרים: n-בוטאן (ליניארי) ו 2-מתיל-פרופאן (קנים). הנוסחה המולקולרית אינה מבחינה בין אחד מהשניים; בעוד שאנו ננקוט בנוסחאות מבניות, נראה בדיוק כי האחד הוא לינארי והשני מסועף.
נוסחאות מבניות מאפשרות לבחון את המבנים המולקולריים של תרכובות. מקור: Pixabay.
שימוש בנוסחאות מבניות מקל על הבנת השינויים שעובר מולקולה במהלך תגובה כימית; אילו מהקישורים שלו נשברים, כיצד משתנים מבנהו בתהליך ובסופו. לימוד לקרוא נוסחאות אלו זהה לחיזוי שטחית של תכונות מולקולות.
נוסחאות מבניות הן ייצוג דו-ממדי, אם כי הן יכולות להצביע על כמה היבטים תלת מימדיים וגיאומטריים. ככל שנבדק מבנה של תרכובת, כך הנוסחה המבנית שלו מעודנת ונאמנת יותר. אחרת, זה משאיר היבטים חיוניים להבנת אופי המולקולה.
דוגמאות בנוסחאות מבניות
לכל תרכובת יש את הנוסחה המבנית שלה בהתאמה, שיכולה להשתנות בהתאם לסוג ההקרנה או הפרספקטיבה המשמשת. לדוגמה, נוסחאות מרוכזות ושלד, מבנים של לואיס והקרנות סטריאו-כימיות הן כל הנוסחאות המבניות, המוקדשות לגרף מידע רב ככל האפשר הנוגע למבנה המולקולרי.
יש כל כך הרבה שרק כמה דוגמאות פשוטות יכוסו.
גלוקוזה
ייצוגים שונים של מבנה האלפא גלוקוזה. מקור: Yikrazuul דרך Wikipedia.
בתמונה העליונה מוצגים ארבעה ייצוגים של מולקולת הגלוקוזה. כל אחת היא נוסחה מבנית תקפה; אך 2 (הקרנת Haworth) ו- 3 (הקרנת כסא) הם בדרך כלל בשימוש ביותר בטקסטים אקדמיים ובפרסומים.
ל -4 יש את היתרון בכך שהוא מציין ישירות אילו קבוצות OH נמצאות מעל (טריזים עבים) או מתחת (טריזים מנוקדים) את הטבעת המשושה; כלומר, זה מקל על הבנת הסטריאו-כימיה שלה. לעומת זאת, ה- 1 (השלכת טולנס-פישר) מראה את האופי הליניארי של הגלוקוז לפני ההמרה לצורתו המחזורית.
מתאן
פורמולה מבנית של מתאן. מקור: גבריאל בוליבר דרך MolView.
למעלה יש לך שתי נוסחאות מבניות של מתאן, שהנוסחה המולקולרית המעובה שלה היא CH 4 . למי חסר ידע בכימיה, הם יכולים לפרש את הנוסחה CH 4 כאילו הייתה מולקולה עם אטום מימן במרכז.
אך במציאות (ובהכרח) הנוסחאות המבניות מבהירות כי הפחמן הוא האטום המרכזי. לכן יש לנו ארבעה איגרות חוב של CH. שימו לב גם כי הנוסחה משמאל יוצרת את הרושם השגוי שהמולקולה שטוחה, כאשר למעשה היא טטרהדראלית (הנוסחה מימין).
זו הסיבה שבנוסחה המבנית מימין, הקשרים מיוצגים על ידי טריזים, המציינים את המיקומים המרחביים היחסיים של כל אטום מימן (קודקודי הטטרדרון).
מתנול
פורמולה מבנית של מתנול. מקור: NEUROtiker
הנוסחה המבנית של מתנול זהה כמעט לזה של מתאן, עם ההבדל שיש לו H המוחלף על ידי OH. הנוסחה המעובה או הכימית שלו היא CH 3 OH, וה CH 4 O המולקולרית . נצפה כי היא מורכבת גם ממטרה.
אתנול
פורמולה מבנית של אתנול. מקור: גבריאל בוליבר דרך MolView.
כעת אנו עוברים לאתנול, האלכוהול הבא ברשימה. הנוסחה הכימית או המעובה שלה היא CH 3 CH 2 OH, אשר בפני עצמה כבר מראה את המבנה הליניארי שלה. כדי להיות ברור, הנוסחה המבנית בתמונה למעלה מדגימה באופן יעיל כי אתנול הוא שרשרת או עמוד שדרה ישר.
אם אתה מסתכל מקרוב, הסביבה של כל אטום פחמן היא טטרהדרלית.
פרוקטוז
פורמולה מבנית של בטא-די-פרוקטופורנוזה. מקור: NEUROtiker (שיחה • תרומות)
למעלה יש לנו את הנוסחה המבנית של פרוקטוז, ליתר דיוק השלכה של Haworth של טבעת הפורנוס שלה (בעלת חמישה חברים). שימו לב עד כמה הנוסחה המבנית חושפת, בשונה מהנוסחה המולקולרית, C 6 H 12 O 6 , אשר עולה בקנה אחד עם זו של הגלוקוז, אולם שניהם סוכרים שונים.
מים
פורמולה מבנית של מים. מקור: Benjah-bmm27 דרך Wikipedia.
הנוסחה הכימית של מים היא H 2 O, המתאימה גם לנוסחאות המרוכזות והמולקולריות. בדומה למתאן, מי שלא מכיר את מולקולת המים (ואין להם מושג של קשרים כימיים) עשוי להאמין שהמבנה שלו הוא OHH; אך הנוסחה המבנית בתמונה למעלה מבהירה את המבנה האמיתי.
למרות שלא מוערך, זוג האלקטרונים החופשיים של אטומי חמצן ומימן מושכים טטרדרדר סביב החמצן; זהו הגיאומטריה האלקטרונית של מים: טטרהדראלית. בינתיים, שני אטומי המימן מקימים מטוס הדומה לבומרנג; זהו הגיאומטריה המולקולרית של מים: זוויתית.
למרות שהנוסחה המבנית של מים היא ללא ספק הפשטות ביותר מבין הדוגמאות שנדונו, היא מסתירה יותר סודות וחריגות מכפי שהיא בלבד מצליחה לייצג.
אַספִּירִין
פורמולה מבנית של אספירין. מקור: גבריאל בוליבר דרך MolView.
יש לנו את אחד "הפגמים" הראשונים של הנוסחאות המבניות: חוסר יכולתם לייצג את אופיו הארומטי של מבנה; אשר במקרה זה, תואם את הארומטיות של הטבעת הבנזן (המשושה) של אספירין (למעלה).
אם תסתכל על הנוסחה הזו בזהירות, תגיע למסקנה שמדובר במולקולה שטוחה במהותה; כלומר כמעט כל האטומים שלו "נחים" באותו מישור, למעט קבוצת המתיל, CH 3 , משמאלו, שם שוב מוצגת הסביבה הטטרהדרלית של הפחמן.
שוב, הנוסחה המבנית מספקת מידע רב בהרבה מהנוסחה המולקולרית השטוחה שלה, C 9 H 8 O 4 ; שתואם מספר רב של איזומרים מבניים, שונים לחלוטין מאספירין.
בֶּנזִין
פורמולה מבנית של בנזן. מקור: גבריאל בוליבר דרך MolView.
לבסוף, יש לנו מעל הנוסחה המבנית של בנזן. הנוסחה המולקולרית שלה היא C 6 H 6 , המציין כי היא למעשה מכיל שישה אטומי פחמן ושישה אטומי מימן. אבל זה לא אומר דבר על המבנה האמיתי של בנזן.
הקשרים הכפולים C = C אינם סטטיים, מכיוון שזוג אלקטרונים, ספציפית זה הנמצא במעט האורביטלים של הפחמן, ממקם מחדש את הטבעת. כתוצאה מכך, לבנזן כמה מבני תהודה, לכל אחד נוסחה מבנית משלו.
המיקום הזה הוא חלק מהאופי הארומטי של בנזן, שאינו מיוצג נאמנה בנוסחה המבנית משמאל. הדבר הקרוב ביותר הוא להחליף את הקשרים הכפולים במעגל (המכונה סופגנייה על ידי חלק) כדי לציין את ארומיות הטבעת (מימין לתמונה).
ומה עם פורמולת השלד? זה דומה מאוד לזה המבני, ונבדל רק בכך שהוא אינו מייצג אטומי מימן; ולכן פשוט יותר ונוח יותר לתאר את הגרף. טבעת הבנזן מימין תהיה פורמולת השלד שלה.
הפניות
- וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
- ויקיפדיה. (2020). נוסחה מבנית. התאושש מ: en.wikipedia.org
- ניסה גרסיה. (2020). נוסחה מבנית: הגדרה ודוגמאות. לימוד. התאושש מ: study.com
- קלארק ג'ים. (2012). ציור מולקולות אורגניות. התאושש מ: chemguide.co.uk
- ויליאם ראוש. (5 במאי 2013). צורת המולקולות. התאושש מ: 2.chemistry.msu.edu