UlazProgram za crtanje hemijske formule po imenu. Sastavljanje imena organskih jedinjenja koristeći strukturne formule
Strukturna formula je grafički prikaz hemijska struktura supstance. Označava redoslijed rasporeda atoma, kao i vezu između pojedinih dijelova tvari. Osim toga, strukturne formule tvari jasno pokazuju valencije svih atoma uključenih u molekulu.
Osobine pisanja strukturne formule
Za sastavljanje će vam trebati papir, olovka i Mendeljejevljev periodni sistem elemenata.
Ako trebate nacrtati grafičku formulu za amonijak, morate uzeti u obzir da vodik može formirati samo jednu vezu, jer je njegova valencija jednaka jedan. Azot je u petoj grupi (glavna podgrupa) i ima pet valentnih elektrona na vanjskom energetskom nivou.
Koristi tri od njih da formira jednostavne veze sa atomima vodika. Kao rezultat toga, strukturna formula će biti sljedeća: dušik je u centru, atomi vodika se nalaze oko njega.
Upute za pisanje formula
Da bi strukturna formula bila ispravno napisana za određenu kemijsku tvar, važno je imati predstavu o strukturi atoma i valentnosti elemenata.
To je uz pomoć ovaj koncept Možete prikazati grafičku strukturu organskih i neorganskih supstanci.
Organska jedinjenja
Organska hemija uključuje upotrebu grafičke strukture hemijske supstance različite klase prilikom pisanja hemijske reakcije. Strukturna formula je sastavljena na osnovu Butlerovljeve teorije strukture organskih supstanci.
Uključuje četiri odredbe prema kojima se pišu strukturne formule izomera i postavljaju pretpostavke o hemijskim svojstvima supstance koja se analizira.
Primjer sastavljanja izomernih struktura
U organskoj hemiji izomeri su supstance koje imaju isti kvalitativni i kvantitativni sastav, ali se razlikuju po rasporedu atoma u molekuli (strukturi) i hemijskoj aktivnosti.
Pitanja vezana za izradu grafičke strukture organskih supstanci uključena su u pitanja jedinstvenog državnog ispita održanog u 11. razredu. Na primjer, trebate sastaviti i također dati naziv strukturnih formula izomera sastava C 6 H 12. Kako se nositi s takvim zadatkom?
Prvo morate razumjeti kojoj klasi organskih tvari mogu pripadati tvari takvog sastava. S obzirom da dvije klase ugljovodonika imaju opštu formulu C n H 2n: alkeni i cikloalkani, potrebno je sastaviti strukture svih mogućih supstanci za svaku klasu.
Za početak, možemo razmotriti formule svih ugljikovodika koji pripadaju klasi alkena. Odlikuje ih prisustvo jedne višestruke (dvostruke) veze, što bi trebalo da se odrazi prilikom sastavljanja strukturne formule.
S obzirom da se u molekulu nalazi šest atoma ugljika, sastavljamo glavni lanac. Nakon prvog ugljika postavljamo dvostruku vezu. Koristeći prvu poziciju Butlerovljeve teorije, za svaki atom ugljika (valencija četiri) postavljamo potreban broj vodika. Imenovanjem rezultirajuće supstance koristeći sistematsku nomenklaturu, dobijamo heksen-1.
Ostavljamo šest atoma ugljika u glavnom lancu, pomjeramo poziciju dvostruke veze nakon drugog ugljika, dobivamo heksen-2. Nastavljajući da pomeramo višestruku vezu oko strukture, sastavljamo formulu za heksen-3.
Koristeći pravila sistematske nomenklature, dobijamo 2 metilpenten-1; 3 metilpenten-1; 4 metilpenten-1. Zatim pomičemo višestruku vezu nakon drugog ugljika u glavnom lancu i postavljamo alkil radikal na drugi, zatim na treći atom ugljika, dobijajući 2 metilpenten-2, 3 metilpenten-2.
Nastavljamo da komponujemo i imenujemo izomere na sličan način. Razmatrane strukture predstavljaju dvije vrste izomerizma: ugljični skelet, položaj višestruke veze. Nije potrebno posebno naznačiti sve atome vodika; možete koristiti varijante skraćenih strukturnih formula zbrajanjem broja vodika svakog atoma ugljika, označavajući ih odgovarajućim indeksima.
S obzirom da alkeni i cikloalkani imaju slično opšta formula, prilikom sastavljanja struktura izomera, potrebno je uzeti u obzir ovu činjenicu. Prvo se može konstruisati struktura zatvorenog cikloheksana, a zatim pogledati moguće izomere bočnog lanca, dajući metilciklopentan, dimetilciklobutan, itd.
Linearne strukture
Strukturne formule kiselina su tipični predstavnici ove strukture. Pretpostavlja se da je svaki pojedinačni atom označen prilikom kreiranja njihovih grafičkih formula, označavajući crticama broj valencija između atoma.
Zaključak
Koristeći gotove strukturne formule, možete odrediti valenciju svakog elementa uključenog u tvar i predložiti moguća kemijska svojstva molekule.
Nakon što je razvijena Butlerovljeva teorija strukture organskih supstanci, bilo je moguće objasniti razliku u svojstvima između tvari koje imaju isti kvalitativni i kvantitativni sastav fenomenom izomerizma. Koristeći definiciju valencije, periodični sistem Elementi Mendeljejeva, bilo koja neorganska i organska supstanca mogu se grafički prikazati. U organskoj hemiji strukturne formule se sastavljaju kako bi se razumio algoritam protoka hemijske transformacije i objasni njihovu suštinu.
U supstancama su atomi međusobno povezani određenim nizom, a između parova atoma (između hemijskih veza) postoje određeni uglovi. Sve je to neophodno za karakterizaciju tvari, jer o tome ovise njihova fizička i kemijska svojstva. Informacije o geometriji veza u supstancama se djelimično (ponekad potpuno) odražavaju u strukturnim formulama.
U strukturnim formulama, veza između atoma je predstavljena linijom. Na primjer:
Hemijska formula vode je H2O, a strukturna formula je H-O-H,
Hemijska formula natrijum peroksida je Na2O2, a strukturna formula je Na-O-O-Na,
Hemijska formula dušične kiseline je HNO2, a strukturna formula je H-O-N=O.
Kada se prikazuju strukturne formule, crtice obično pokazuju stehiometrijsku valenciju elemenata. Ponekad se nazivaju strukturne formule zasnovane na stehiometrijskim valencijama grafički.Takve strukturne formule nose informacije o sastavu i rasporedu atoma, ali ne sadrže tačne informacije o hemijskim vezama između atoma.
Strukturna formula je grafički prikaz hemijske strukture molekula supstance, koji pokazuje redosled veza između atoma i njihov geometrijski raspored. Osim toga, jasno pokazuje valenciju atoma uključenih u njegov sastav.
Za ispravan pravopis strukturnu formulu određene hemijske supstance, morate dobro znati i razumeti koja je sposobnost atoma da formiraju određeni broj elektronskih parova sa drugim atomima. Na kraju krajeva, valencija je ta koja će vam pomoći da povučete hemijske veze. Na primjer, s obzirom na molekularnu formulu amonijaka NH3. Morate napisati strukturnu formulu. Imajte na umu da je vodonik uvijek monovalentan, tako da njegovi atomi ne mogu biti povezani jedni s drugima, pa će stoga biti vezani za dušik.
Za pravilno pisanje strukturnih formula organska jedinjenja, ponoviti glavne odredbe teorije A.M. Butlerov, prema kojem postoje izomeri - tvari s istim elementarnim sastavom, ali s različitim hemijska svojstva. Na primjer, izobutan i butan. Imaju istu molekularnu formulu: C4H10, ali su strukturne različite.
U linearnoj formuli svaki atom je napisan zasebno, pa takva slika zauzima puno prostora. Međutim, kada pišete strukturnu formulu, možete naznačiti ukupan broj atoma vodika na svakom atomu ugljika. I između susjednih ugljika, nacrtajte kemijske veze u obliku linija.
Počnite pisati izomere s ugljikovodikom normalne strukture, odnosno s nerazgranatim lancem atoma ugljika. Zatim ga skratite za jedan atom ugljika, koji spajate na drugi, unutrašnji ugljik. Kada iscrpite sve pravopise za izomere sa datom dužinom lanca, skratite ga za još jedan atom ugljika. I ponovo ga pričvrstiti na unutrašnji atom ugljika lanca. Na primjer, strukturne formule n-pentana, izopentana, tetrametilmetana. Dakle, ugljovodonik molekulske formule C5H12 ima tri izomera. Saznajte više o fenomenima izomerizma i homologije u sljedećim člancima!
Na osnovu ovih ideja, A. M. Butlerov je razvio principe za konstruisanje grafičkih formula hemijskih supstanci. Da biste to učinili, morate znati valenciju svakog elementa, koji je na slici prikazan kao odgovarajući broj linija. Koristeći ovo pravilo, lako je utvrditi da li je postojanje supstance sa određenom formulom moguće ili nemoguće. Dakle, postoji veza tzv metan i ima formulu CH 4. Jedinjenje sa formulom CH 5 je nemoguće, jer ugljenik više nema slobodnu valenciju za peti vodonik.
Razmotrimo prvo principe strukture najjednostavnije strukturiranih organskih spojeva. Oni se nazivaju ugljovodonici, budući da sadrže samo atome ugljika i vodonika (slika 138). Najjednostavniji od njih je gore spomenuti metan, koji ima samo jedan atom ugljika. Dodajmo mu još jedan sličan atom i vidimo kako se zove molekul neke supstance etan Svaki atom ugljika ima jednu valenciju koju zauzima njegov srodni atom ugljika. Sada moramo popuniti preostale valencije vodonikom. Svaki atom ima tri slobodne valentne veze, kojima ćemo dodati jedan atom vodika. Dobivena supstanca ima formulu C 2 H 6 . Dodajmo mu još jedan atom ugljika.
Rice. 138. Potpune i skraćene strukturne formule organskih jedinjenja
Sada vidimo da prosječnom atomu preostaju samo dvije slobodne valencije. Dodaćemo im atom vodonika. A vanjskim atomima ugljika dodaćemo, kao i prije, tri atoma vodika. Dobijamo propan– jedinjenje formule C 3 H 8. Ovaj lanac se može nastaviti, dobijajući sve više i više novih ugljovodonika.
Ali atomi ugljika ne moraju nužno biti raspoređeni u linearnom redu u molekulu. Recimo da želimo dodati još jedan atom ugljika propanu. Ispostavilo se da se to može učiniti na dva načina: pričvrstiti ga na krajnji ili srednji atom ugljika propana. U prvom slučaju dobijamo butan sa formulom C 4 H 10. U drugom slučaju, opšti, tzv empirijski, formula će biti isti, ali slika na slici se zove strukturnu formulu, će izgledati drugačije. I naziv tvari bit će malo drugačiji: ne butan, već izobutan
Supstance koje imaju iste empirijske, ali različite strukturne formule nazivaju se izomeri, a sposobnost supstance da postoji u obliku različitih izomera je izomerizam. Na primjer, jedemo različite supstance koje imaju istu formulu C 6 H 12 O 6, ali imaju različite strukturne formule i različita imena: glukoza, fruktoza ili galaktoza.
Ugljovodonici koje smo razmatrali nazivaju se zasićeni ugljovodonici. U njima su svi atomi ugljika međusobno povezani jednom vezom. Ali budući da je atom ugljika četverovalentan i ima četiri valentna elektrona, teoretski može formirati dvostruke, trostruke, pa čak i četverostruke veze. Četvorostruke veze između atoma ugljika ne postoje u prirodi, trostruke veze su rijetke, ali dvostruke veze su prisutne u mnogim organskim tvarima, uključujući ugljikovodike. Spojevi u kojima postoje dvostruke ili trostruke veze između atoma ugljika nazivaju se neograničeno ili nezasićeni ugljovodonici. Uzmimo opet molekulu ugljikovodika koja sadrži dva atoma ugljika, ali ih spojimo dvostrukom vezom (vidi sliku 138). Vidimo da sada svaki atom ugljika ima preostale dvije slobodne veze, na svaku od kojih može vezati jedan atom vodika. Dobijeni spoj ima formulu C 2 H 4 i naziva se etilen. Etilen, za razliku od etana, ima manje atoma vodika za isti broj atoma ugljika. Stoga se ugljikovodici koji imaju dvostruku vezu nazivaju nezasićeni u smislu da nisu zasićeni vodikom.
Zadatak.
Složene organske formule su prilično naporne za crtanje korištenjem konvencionalnih WORD metoda. Da bi se riješio ovaj problem, stvoreni su posebni kemijski uređivači. Razlikuju se po specijalizaciji i svojim mogućnostima, po stepenu složenosti interfejsa i rada u njima itd. U ovoj lekciji ćemo se upoznati sa radom jednog od ovih urednika tako što ćemo pripremiti datoteku dokumenta sa potrebnim formulama.Opće karakteristike ChemSketh editora
Chemical editor ChemSketch iz softverskog paketa ACD/Labs kanadske kompanije “Advanced Chemistry Development”, njegova funkcionalnost nije inferiorna u odnosu na ChemDraw editor i čak ga na neki način nadmašuje. Za razliku od ChemDraw-a (60 megabajta memorije), ChemSketch zauzima samo oko 20 megabajta prostora na disku. Takođe je važno da dokumenti kreirani pomoću ChemSketch-a zauzimaju mali volumen - samo nekoliko kilobajta. Ovaj hemijski urednik je više fokusiran na rad sa organskim formulama srednje složenosti (postoji velika biblioteka gotove formule), ali je zgodno sastaviti i hemijske formule neorganskih supstanci. Može se koristiti za optimizaciju molekula u trodimenzionalnom prostoru, izračunavanje udaljenosti i uglova veze između atoma u molekularnoj strukturi i još mnogo toga.