Moleküllerin temsili kullanılan kimya doğası ve muhtemelen yapısını açıklamak için molekül uzantısı, diğer tarafından ve kimyasal türler . Bu formüller ve grafik temsiller, bir kimyasal türü oluşturan atomların sayısını ve türünü, atomlar arası bağlarını ve uzaydaki şeklini aşağı yukarı tam olarak göstermeyi mümkün kılar . Organik kimya ve biyokimyada özel temsiller kullanılmaktadır .
Moleküllerin grafik temsillerini belirtmek için farklı terimler kullanılır : bu nedenle biri kaba bir formülden , bir Cram temsilinden veya bir Fischer projeksiyonundan söz edilir .
Bu paragraf, bir kimyasal bağın ne olduğunu ayrıntılı olarak açıklamayı veya mevcut tüm kimyasal bağları listelemeyi amaçlamaz. Bu konu hakkında daha fazla bilgi kimyasal bağ makalesinde
Bu yazıda esas olarak kovalent bağlar ve iyonik bağlardan bahsedeceğiz . Gerçekte, bir kimyasal bağ çok nadiren tamamen kovalenttir (bu, hidrojen molekülündeki gibi iki özdeş atom arasındaki bir bağ durumudur ) veya tamamen iyoniktir. Gerçek bağ, bu iki karakterin bir karışımıdır.
İki atom kovalent olarak bağlandığında, bir veya daha fazla elektron çifti havuzlanır, yani iki (veya daha fazla) elektron aynı anda her iki atoma da ait olacaktır. İki tür kovalent bağ vardır:
İyonik bağlar , molekülde bulunan atomların elektronegatifliğindeki (elektronları çekme yeteneği) farklılıklardan kaynaklanır .
İyonik bağın ne olduğunu anlamak için birbirine bağlı iki atomu düşünmeliyiz. Biri daha fazla elektronegatif ise, o zaman diğerinden elektronları çekecektir. Daha fazla elektronegatif atom daha sonra biraz negatif, diğeri biraz pozitif olarak yüklenecektir. Bu yük farkı, iki atomu çekecek bir elektrostatik kuvvet yaratacaktır (bir pozitif yük ve bir negatif yük birbirini çeker). Elektronegatiflikteki bu fark çok önemliyse, iyonik bağdan söz ederiz. İki farklı element içeren bağların çoğu kısmen iyoniktir, elektronegatiflikteki fark önemli olduğundan iyonik karakter genellikle daha önemlidir.
Bu temsiller, tüm moleküller ve mevcut tüm iyonlar için geçerlidir . Kullanımı oldukça kolaydır.
Ham formül, yalnızca moleküllerin (veya iyonların) kimyasal bileşimi, yani onları oluşturan atomların sayısı ve türü ve iyonlarsa bileşiklerin elektrik yükleri hakkında bilgi sağlar. Atomların uzamsal dizilimleri veya kimyasal bağların türleri hakkında bilgi sağlamaz .
Kaba bir formül yazmak için, kimyasal elementi sembolüyle (bakınız elementlerin periyodik tablosu ) ve bu elementin miktarını ilgili elementin sağındaki indekste bir sayı ile belirtiyoruz . Bileşiğin elektrik yükü, eğer varsa , formülün sonunda Üs olarak gösterilir . Sayısı temel ücretleri bir takiben bir sayı ile gösterilmiştir + (bir veya daha fazla yoksunsa bileşik pozitif yüklü ise elektronları ) ya da bir ile - bileşiğin, negatif yüklü ise (bir fazla elektron varsa).
ÖrneklerBu örneklerin hepsi her bölümde tekrarlanmayacaktır.
Formül Lewis tarafından yaratıldı Gilbert N. Lewis başında XX inci yüzyılın . Atomları ( kovalent ve iyonik ) birleştiren bağlantıları temsil ederdi , aynı zamanda bağlara katılmayan değerlik elektronlarını da temsil ederdi . Lewis modeli, bir molekülün yapısını temsil etmeyi mümkün kılar, ancak molekülün şeklini uzayda göstermeyi mümkün kılmaz.
Lewis'in temsili basit kurallara dayanmaktadır. Bu nedenle , metal kompleksi (pas gibi) dahil tüm molekülleri tanımlamaz .
Atomun Lewis formülüAşağıda açıklanan yöntem, elementlerin periyodik tablosunun ilk üç periyodunun (tablo satırı) unsurları için global olarak çalışır.
Bir atomun Lewis formülünü oluşturmak için, elektronik konfigürasyonunu oluşturmak gerekir . Bunun için basit bir yöntem var :
Atomun elektron konfigürasyonu oluşturulduktan sonra Lewis formülünü temsil ederiz. Öğe, simgesiyle temsil edilir. Bu sembolün etrafına, bir noktayla temsil edilen tek elektronlar ve bir çizgi ile temsil edilen bağlayıcı olmayan çiftler yerleştirilir.
Molekülün Lewis formülüMoleküller için Lewis'in formülü, bayt veya düet kuralı da dahil olmak üzere basit pratik kurallara (her zaman takip edilmesi mümkün olmayabilir) dayanmaktadır.
Bayt kuralı, ikinci ve üçüncü dönemin her bir atomunun, değerlik kabuğunda sekiz elektron bulundurarak nadir gazların elektronik konfigürasyonuna (yüksek kararlılığa sahip) yaklaşması gerektiğini ima eder . Düet kuralı yalnızca hidrojen atomu için geçerlidir, valans kabuğunda iki elektrona sahip olması gerekir.
Bir molekülün Lewis modelini oluşturmak için önce atomlarının her birinin Lewis formülünü oluşturmak gerekir. Sonra bu atomları, her birinin bayt veya düet kuralına saygı duyması için bağlarız. Bunun için önce her atomun tek elektronlarını bir araya getiriyoruz. O zaman bu yeterli değilse, çift kovalent bağlar kullanırız veya iki tek elektron elde etmek için bazı bağlayıcı olmayan çiftleri böleriz. (Örneklere bakın)
ÖrneklerEtanol molekülü:
Sülfürik asit modeli:
Düzlemsel yapısal formül mümkün çok basit ve hızlı bir şekilde bir molekül yapısını, hem de kimyasal bağları temsil kolaylaştırır. Ancak molekülün şeklinin uzayda temsil edilmesine izin vermez.
Düzlem yapısal formülü, basitleştirilmiş bir Lewis formülü gibidir. Aslında, temsil neredeyse aynıdır, ancak yazıyı basitleştirmek ve hafifletmek için bağlayıcı olmayan çiftleri göstermiyoruz. Genellikle bağlar 90 ° ile gösterilir, ancak bazen molekülün uzaydaki gerçek yapısına yaklaşmak için farklı açılarda gösterilir (örneğin, bir karbon-karbon çift bağı etrafında 120 ° ).
ÖrneklerTemsil Cram, bir molekül ve yapısının alanı formu gösterilebilir. Öte yandan, kimyasal bağları temsil etmez (çoklu bağ ve tek bağ arasında fark yoktur).
Molekülün şeklini göstermek için, kimyasal bağlarının alabileceği farklı yönler aşağıdaki gibi kodlanmıştır:
Kimyasal bağların yönü, gerçeğe olabildiğince yakın bir şekilde yapışması için bağlar arasındaki açıları değiştirerek daha kesin bir şekilde temsil edilir. Bu temsil, özellikle asimetrik karbon atomlarının görselleştirilmesini ve bir molekülün kiral olup olmadığını belirlemeyi mümkün kılar .
MisalEtanol molekülünün tıkanıklık gösterimi .
Bu temsiller organik kimyaya özgüdür çünkü karbon-karbon veya karbon-hidrojen bağlarına özgü kuralları kullanırlar .
Yapısal Formül, adından da anlaşılacağı gibi, Yapısal Formülün yoğunlaştırılmış bir formudur. Artık şeklinde yoğunlaştınlır karbon-hidrojen bağları temsil: CH n(n karbon atomuna bağlı hidrojen atomu sayısı ile). Karbon-karbon bağlarını temsil ediyoruz ve tek bağ ile çoklu bağları birbirinden ayırıyoruz.
Örneklerİskelet formülü , organik bir molekülün yapısını temsil etmenin hızlı ve kolay bir yoludur .
Artık karbon atomlarını veya taşıdıkları hidrojen atomlarını temsil etmiyoruz. Heteroatomlar tarafından taşınan hidrojen atomları (karbon ve hidrojen dışındaki elementler) gösterilmiştir. Karbon-karbon bağları eğik bir çizgi ile temsil edilir. İskelet formülünde karbon atomları bu nedenle iki segmentin kesişme noktasında bulunur. Birden çok bağ ile tek bağ arasında ayrım yapıyoruz: tek bir bağ bir çizgi ile, bir çift bağ ise iki paralel parça ile temsil edilecektir.
Heteroatomlar veya fonksiyonel gruplar arasındaki bağı ve bir segmentle bağlı oldukları karbonları temsil ediyoruz ; fonksiyonel grup veya heteroatom, bu segmentin sonuna yerleştirilir. Karbon atomu taşıdığı hidrojen atomu, bir ucu -CH aslında herhangi bir işlevsel grup tekabül bağlantılı değildir olan bir segment gösterilmemiştir 3.
ÖrneklerNewman çıkıntı farklı çalışmak için çok yararlı olan bir oluşuma , bir (a, tek bağ karbon-karbon etrafında dönerek başka bir konformer giden) organik bileşik . Bu izdüşüm genellikle sadece dört değerlikli karbonlarla (diğer dört atoma bağlanmış) kullanılır.
Bir Newman projeksiyonunda bir molekülü temsil etmek için moleküle bir karbon-karbon tekli bağının ekseninde bakmak gerekir, bu iki karbonu bir Newman projeksiyonunda değil, bağları temsil ediyoruz.
Ön plandaki karbon bağları aynı noktadan başlayarak üç parça ile temsil edilir , bu bölümlerin her biri arasındaki açılar gerçekte olduğu gibi 120 ° dir. Arka plandaki karbon, üzerine kalan üç bağı yerleştirdiğimiz bir daire ile temsil edilir. (Örneğe bakın)
Bu temsil, iki bitişik karbon tarafından taşınan gruplar arasındaki sterik etkileşimlerin etkilerini kolayca görselleştirmeyi mümkün kılar. Ayrıca , bir eliminasyon reaksiyonundan kaynaklanan alkenlerin Z veya E konformasyonunun kolayca belirlenmesini mümkün kılar .
MisalFischer projeksiyon ağırlıklı şekerler ve amino asitleri temsil etmek için kullanılır. Hermann Emil Fischer tarafından icat edildi .
Karbon atomlarını temsil etmiyoruz, bunlar yatay segmentler ile dikey çizginin kesişme noktasında bulunuyorlar. Karbon zinciri dikey çizgiyle temsil edilir, böylece dikey olarak gösterilen bağlar okuyucudan uzaklaşır. Yatay olarak gösterilen bağlantılar, sayfa düzleminden okuyucuya doğru çıkar (örneğe bakın). En oksitlenmiş karbon, zincirin başlangıcındadır (burada en üstte C = O).
Bu temsil, kiral L veya D enantiyomerlerini kolayca ayırt etmeyi mümkün kılar .
MisalHaworth çıkıntı mümkün siklik yapıyı temsil kolaylaştırır OSE'lerin basit bir üç boyutlu bir bakış açısı ile (ya da monosakaridler).
Bu izdüşümde ne karbon ne de hidrojen atomları temsil edilir, ancak diğer yandan karbon-karbon bağları bir çizgi ile temsil edilir. Ayrıca okuyucuya en yakın bağlantılar kalın yazılmıştır.
Misal
Α- D- glukopiranozun Haworth projeksiyonu