Fòrmula química

Per a atres significats del terme "fòrmula" vore fòrmula.

Diferents fòrmules del peròxit d'hidrogen: empírica, molecular i semidesarrollada.

Una fòrmula química és la representació dels elements químics que formen un compost químic i la proporció en que es troben, o del número d'àtoms que formen una molècula. També pot donar-nos informació adicional com la manera en que s'unixen dits àtoms per mig d'enllaços químics i inclús la seua distribució en l'espai. Per a nomenar-les, s'ampren les regles de la nomenclatura química. Eixemple: La fòrmula dels silanos^[1] A voltes, els membres d'una família química es diferencien entre sí per una unitat constant, generalment un àtom de carbono adicional en una cadena carbonada.

En química, una fòrmula química és una forma de presentar informació sobre les proporcions químiques d'àtoms que constituïxen un compost químic o molècula en particular, utilisant símbols d'element químic, números i, a voltes, també atres símbols, com a paréntesis, guions, corchetes, menges i signes més (+) i menys (-). Es llimiten a una sola llínea tipogràfica de símbols, que pot incloure subíndexs i superíndexs. Una fòrmula química no és una nom químic, ya que no conté cap paraula. Encara que una fòrmula química pot implicar certes estructures químicas simples, no és lo mateix que una fòrmula estructural química completa. Les fòrmules químiques només poden especificar completament l'estructura de les molècules i substàncies químiques més senzilles, i en general tenen un poder més llimitat que els noms químics i les fòrmules estructurals.

Els tipos més senzills de fòrmules químiques es denominen fòrmules empíriques, que utilisen lletres i números que indiquen les proporcions numèriques d'àtoms de cada tipo. Les fòrmules moleculars indiquen simplement els números de cada tipo d'àtom en una molècula, sense informació sobre l'estructura. Per eixemple, la fòrmula empírica de la glucosa és Plantilla:Chem2 (el doble d'àtoms d'hidrogen que de carbono i oxigen), mentres que la seua fòrmula molecular és Plantilla:Chem2 (12 àtoms d'hidrogen, sis de carbono i oxigen).

A voltes una fòrmula química es complica en escriure's com una fòrmula condensada (o fòrmula molecular condensada, a voltes cridada "fòrmula semiestructural"), que transmet informació adicional sobre les formes particulars que els àtoms estan units entre sí, ya siga en enllaç covalente, enllaç iònic, o vàries combinacions d'estos tipos. Açò és possible si l'enllaç corresponent és fàcil de mostrar en una dimensió. Un eixemple és la fòrmula molecular/química condensada del etanol, que és Plantilla:Chem2 o Plantilla:Chem2. No obstant, inclús una fòrmula química condensada està necessàriament llimitada en la seua capacitat per a mostrar relacions d'enllaç complexes entre àtoms, especialment àtoms que tenen enllaços en quatre o més sustituyentes diferents.

Ya que una fòrmula química deu expressar-se com una única llínea de símbols d'elements químics, a sovint no pot ser tan informativa com una fòrmula estructural real, que és una representació gràfica de la relació espacial entre els àtoms dels composts químics (vore, per eixemple, la figura de les fòrmules estructurals i químiques del butà, a la dreta). Per raons de complexitat estructural, una mateixa fòrmula química condensada (o fòrmula semiestructural) pot correspondre a distintes molècules, conegudes com isòmers. Per eixemple, la glucosa compartix la seua fòrmula molecular Plantilla:Chem2 en uns atres sucres, com la fructosa, la galactosa i la manosa. Existixen noms químics equivalents llineals que poden especificar i especifiquen de forma única qualsevol fòrmula estructural complexa (vore nomenclatura química), pero tals noms deuen utilisar molts térmens (paraules), en lloc dels símbols d'elements simples, números i símbols tipogràfics simples que definixen una fòrmula química.

Les fòrmules químiques poden utilisar-se en equacions químiques per a descriure reaccions químiques i atres transformacions químiques, com la dissolució de composts iònics en una solució. Encara que, com s'ha senyalat, les fòrmules químiques no tenen tot el poder de les fòrmules estructurals per a mostrar les relacions químiques entre els àtoms, són suficients per a dur el conte dels números d'àtoms i els números de càrregues elèctriques en les reaccions químiques, per lo que balancing chemical equations per a que estes equacions es puguen utilisar en problemes químics que impliquen la conservació dels àtoms, i la conservació de la càrrega elèctrica.

Existixen varis tipos de fòrmules químiques:^[2]

Resumixen

Una fòrmula química identifica cada element constituent pel seu símbol químic i indica el número proporcional d'àtoms de cada element. En les fòrmules empíriques, estes proporcions comencen en un element clau i després assignen números d'àtoms dels atres elements en el compost, per proporcions a l'element clau. En el cas dels composts moleculars, totes estes proporcions poden expressar-se com a número entero. Per eixemple, la fòrmula empírica del etanol pot escriure's Plantilla:Chem2 perque totes les molècules d'etanol contenen dos àtoms de carbono, sis àtoms d'hidrogen i un àtom d'oxigen. No obstant, alguns tipos de composts iònics no poden escriure's en fòrmules empíriques d'número entero. Un eixemple és el carbur de bor, la fòrmula del qual de Plantilla:Chem2 és una relació variable de números no sancers en n que oscila entre més de 4 i més de 6,5.

Quan el compost químic de la fòrmula està format per molèculas simples, les fòrmules químiques solen amprar formes de sugerir l'estructura de la molècula. Estos tipos de fòrmules es coneixen com a fòrmules moleculars i fòrmules condensadas'. Una fòrmula molecular enumera el número d'àtoms per a reflectir els de la molècula, de modo que la fòrmula molecular de la glucosa és Plantilla:Chem2 en lloc de la fòrmula empírica de la glucosa, que és Plantilla:Chem2. No obstant, llevat en el cas de substàncies molt simples, les fòrmules químiques moleculars carixen de l'informació estructural necessària i són ambigües.

Per a les molècules simples, una fòrmula condensada (o semiestructural) és un tipo de fòrmula química que pot implicar plenament una fòrmula estructural correcta. Per eixemple, l'etanol pot representar-se per mig de la fòrmula química condensada Plantilla:Chem2, i el éter dimetílico per mig de la fòrmula condensada Plantilla:Chem2. Estes dos molècules tenen les mateixes fòrmules empírica i molecular (Plantilla:Chem2), pero poden diferenciar-se per les fòrmules condensadas que es mostren, que són suficients per a representar l'estructura completa d'estos composts orgànics simples.

Les fòrmules químiques condensadas també poden utilisar-se per a representar composts iònicss que no existixen com a molècules discretes, pero que, no obstant, contenen agrupacions unides covalentemente en el seu interior. Estos ions poliatómicoss són grups d'àtoms que estan units covalentemente i tenen una càrrega iònica global, com el sulfat. Plantilla:Chem2. Cada ion poliatómico en un compost s'escriu individualment per a ilustrar les agrupacions separades. Per eixemple, el compost hexóxido de dicloro té una fòrmula empírica Plantilla:Chem2, i una fòrmula molecular Plantilla:Chem2, pero en forma líquida o sòlida, este compost es mostra més correctament per mig d'una fòrmula condensada iònica Plantilla:Chem2, que ilustra que este compost consta de ions Plantilla:Chem2 i ions Plantilla:Chem2. En tals casos, la fòrmula condensada només necessita ser lo suficientment complexa com per a mostrar a lo manco una de cada espècie iònica.

Les fòrmules químiques tal com es descriuen ací són distintes dels noms sistemàtics químics molt més complexos que s'utilisen en varis sistemes de nomenclatura química. Per eixemple, un nom sistemàtic de la glucosa és (2R,3S,4R,5R)-2,3,4,5,6-pentahidroxihexanal. Este nom, interpretat per les regles que ho sustenten, especifica plenament la fòrmula estructural de la glucosa, pero el nom no és una fòrmula química tal i com s'entén habitualment, i utilisa térmens i paraules que no s'ampren en les fòrmules químiques. Estos noms, a diferència de les fòrmules bàsiques, poden representar fòrmules estructurals completes sense gràfics.

Tipos de fòrmules

Fòrmula molecular

Artícul principal → Fòrmula molecular.

La fòrmula molecular d'un compost químic és una representació gràfica de l'estructura molecular, que mostra cóm s'ordenen o distribuïxen espacialmente els àtoms. Es mostren els enllaços químics dins de la molècula, ya siga explícitament o implícitament

Les fòrmules moleculars indiquen simplement els números de cada tipo d'àtom en una molècula d'una substància molecular. Són iguals que les fòrmules empíriques per a molècules que només tenen un àtom d'un tipo concret, pero que per lo demés poden tindre números majors. Un eixemple de la diferència és la fòrmula empírica de la glucosa, que és Plantilla:Chem2 (proporció 1:2:1), mentres que la seua fòrmula molecular és Plantilla:Chem2 (número d'àtoms 6:12:6). En el cas de l'aigua, abdós fòrmules són Plantilla:Chem2. Una fòrmula molecular proporciona més informació sobre una molècula que la seua fòrmula empírica, pero és més difícil d'establir.

Una fòrmula molecular mostra el número d'elements en una molècula, i determina si és un compost binario, compost ternario, compost cuaternario, o té encara més elements.

Fòrmula empírica

Plantilla:Anchor

Artícul principal → Fòrmula empírica.

En química, la fòrmula empírica d'un semicompuesto alt en potassi i clor química és una expressió simple del número relatiu de cada tipo d'àtom o proporció dels elements en el compost. Les fòrmules empíriques són l'estàndart per a composts iònics, com Plantilla:Chem2, i per a macromolécula, com Plantilla:Chem2. Una fòrmula empírica no fa referència al isòmerismo, estructura o número absolut d'àtoms. El terme empírica es referix al procés d'anàlisis elemental, una tècnica de química analítica utilisada per a determinar la composició percentual relativa d'una substància química pura per element.

Per eixemple, el hexano té una fòrmula molecular de Plantilla:Chem2, i (per a un dels seus isòmers, el n-hexano) una fòrmula estructural Plantilla:Chem2, lo que implica que té una estructura de cadena de 6 àtoms de carbono i 14 àtoms d'hidrogen. No obstant, la fòrmula empírica del hexano és Plantilla:Chem2. De la mateixa manera, la fòrmula empírica del peròxit d'hidrogen, Plantilla:Chem2, és simplement Plantilla:Chem2, expressant la proporció 1:1 dels elements components. El formaldehit i el àcit acètic tenen la mateixa fòrmula empírica, Plantilla:Chem2. Esta és la fòrmula química real del formaldehit, pero l'àcit acètic té el doble d'àtoms.

Fòrmula semidesarrollada

Artícul principal → Fòrmula semidesarrollada.

La fòrmula semidesarrollada mostra tots els àtoms que formen una molècula covalente, i els enllaços entre àtoms de carbono (en composts orgànics) o d'atres tipos d'àtoms. No s'indiquen els enllaces carbono-hidrogen

C H_{2} O H - C H O H - C H O H - C H O H - C H O H - C H O

Archiu:D-glucose D-glucopyranoside caps block 36 .png

Fòrmules desenrollades de la D-glucosa i el D-glucopiranósido.^[3]

Fòrmula desenrollada

Artícul principal → Fòrmula desenrollada.

La fòrmula desenrollada és el pas següent en complexitat de la semidesarrollada, indicant l'enllaç i ya l'ubicació de cada àtom del compost dins de les seues respectives molècules, en un pla cartesiano, representant la totalitat de l'estructura del compost

Fòrmula estructural

Artícul principal → Fòrmula estructural.

La fòrmula estructural és similar a les anteriors, pero senyalant la geometria espacial de la molècula per mig de l'indicació de distàncies, ànguls o l'ocupació de perspectives en diagrames bi o tridimensionals.^[4]

Archiu:FLewis. caps block 44

Fòrmules de Lewis d'algunes espècies químiques.

Fòrmula de Lewis

Artícul principal → Estructura de Lewis.

Estructura de Lewis, també cridada diagrama de punt, model de Lewis o representació de Lewis, és una representació gràfica que mostra els enllaços entre els àtoms d'una molècula i els parells d'electrons solitaris que puguen existir.

Diagrames

En un diagrama 2D, s'aprecia l'orientació dels enllaços usant símbols especials. Una llínea contínua representa un enllaç en el pla; si l'enllaç està per darrere, es representa per mig d'una llínea de punts; si l'enllaç està per davant, s'indica en un símbol en forma de falca triangular. A voltes s'ampren un atre tipo de convenis o proyeccions per a grups de composts específics (proyecció de Newman, Reactiu de Tollens, etc).

Fòrmula general

La fòrmula general d'un grup de composts pot representar-se de diferents maneres:

Expressant el número d'àtoms de cada classe per eixemple

En química inorgànica, una família de composts es pot representar per una fòrmula general els subíndexs de la qual (número d'àtoms de cada classe) són variables (x, i, z).

Incloent expressions matemàtiques en els subíndexs

En química orgànica, és freqüent que els subíndexs siguen expressions matemàtiques que inclouen la variable n (número d'àtoms de carbono). Es diu série homòloga al conjunt de composts que compartixen la mateixa fòrmula general. Per eixemple, la fòrmula general dels alcohols és: C_nH_{(2n + 1)}OH (a on n ≥ 1)

Série homòloga	Fòrmula general	Eixemples
Alcanos	C_nH_2n+2	CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀
Alquenos monoinsaturados	C_nH_2n	C₂H₄, C₃H₆, C₄H₈
Alquinos monoinsaturados	C_nH_2n-2	C₂H₂, C₃H₄, C₄H₆
Cicloalcanos	C_nH_2n	C₄H₈, C₆H₁₂
Alcohols	C_nH_{(2n + 1)}OH	CH₃OH, C₂H₅OH

Incloent radicals i grup funcional

En l'expressió de la fòrmula general, en química orgànica, sol aparéixer l'estructura dels composts d'una série homòloga, incloent la part del sustituyente (que es representa per R, R', etc) i el grup funcional. Eixemple: La fòrmula general dels alcohols primaris és R-OH.

Série homòloga	Fòrmula general	Eixemples
Alcoholés	R-OH	CH₃OH, C₂H₅OH
Éter	R-O-R	CH₃-O-CH₃
Aldehits	R-CHO	CH₃-CHO, CH₃-CH₂-CHO
Cetones	R-CO-R	CH₃-CO-CH₃
Àcit carboxílics	R-COO-H	CH₃-COOH
Éster	R-COO-R	CH₃-CH₂-COO-CH₃
Aminas	R-NH₂	CH₃-CH₂-NH₂
Amidas	R-CONH₂	CH₃-CH₂-CONH₂
Nitril	R-CN	CH₃-CH₂-CN

Sistema d'Hill

El sistema d'Hill (o notació d'Hill) és un sistema d'escritura de fòrmules químiques empíriques, fòrmules químiques moleculars i components d'una fòrmula condensada tal que el número d'àtoms de carbono en un molècula s'indica primer, el número d'àtoms d'hidrogen a continuació, i després el número de tots els demés elements químics posteriorment, en orde alfabètic dels símbols químics. Quan la fòrmula no conté carbono, tots els elements, inclós l'hidrogen, s'enumeren alfabéticamente.

Classificant les fòrmules d'acort en el número d'àtoms de cada element present en la fòrmula d'acort en estes regles, i les diferències en elements o números anteriors es tracten com més significatives que les diferències en qualsevol element o número posterior, com classificar cadenes de text en orde lexicogràfic: és possible cotejar fòrmules químiques en lo que es coneix com a orde del sistema d'Hill.

El sistema d'Hill va ser publicat per primera volta per Edwin A. Hill de la Oficina de Marques i Paleses dels Estats Units en 1900.^[5] És el sistema més utilisat en bases de senyes químiques i índexs impresos per a classificar llistes de composts.^[6]

Una llista de fòrmules en l'orde del sistema d'Hill està ordenada alfabéticamente, com es mostra dalt, en elements d'una sola lletra que van abans dels símbols de dos lletres quan els símbols comencen en la mateixa lletra (per lo que "B" ve abans de "Be", que ve abans de "Br ").^[6]

Les següents fòrmules d'eixemple s'escriuen utilisant el sistema d'Hill i s'enumeren en orde d'Hill:

BrI
BrClH₂Si
CCl₄

CH₃I
C₂H₅Br
H₂O₄S

Referències

↑ Famílies de composts. Química 1. Fonaments. Lacreu, Aramendía, Aldabe. Edicions Colihue SRL. ISBN 9505813430. Pág. 62
↑ Ralph S. Petrucci, William S. Harwood i F. Geoffrey Herring, General Chemistry, 8th Edition (Prentice-Hall 2002), cap 3.
↑ Química orgànica. Stephen J Weininger, Frank R. Stermitz. Editorial Reverté, 1988. ISBN 842917527X Pág. 1289
↑ Química otores, 2005. ISBN 9706863540 Pág.56 i ss.
↑ Edwin A. Hill (1900). “On a system of indexing chemical literature; Adopted by the Classification Division of the U.S. Patent Office”. J. Am. Chem. Soc. 22 (8): 478–494. doi:10.1021/ja02046a005.
↑ ^6,0 ^6,1 Wiggins, Gary. (1991). Chemical Information Sources. New York: McGraw Hill. p. 120.

Este artícul conté una traducció derivada de «Fórmula química» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

[1] Famílies de composts. Química 1. Fonaments. Lacreu, Aramendía, Aldabe. Edicions Colihue SRL. ISBN 9505813430. Pág. 62

[2] Ralph S. Petrucci, William S. Harwood i F. Geoffrey Herring, General Chemistry, 8th Edition (Prentice-Hall 2002), cap 3.

[3] Química orgànica. Stephen J Weininger, Frank R. Stermitz. Editorial Reverté, 1988. ISBN 842917527X Pág. 1289

[4] Química otores, 2005. ISBN 9706863540 Pág.56 i ss.

[5] Edwin A. Hill (1900). “On a system of indexing chemical literature; Adopted by the Classification Division of the U.S. Patent Office”. J. Am. Chem. Soc. 22 (8): 478–494. doi:10.1021/ja02046a005.

[wiggins-6] 6,0 ^6,1 Wiggins, Gary. (1991). Chemical Information Sources. New York: McGraw Hill. p. 120.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]