В молекуле воды атом кислорода связан простыми (одинарными) связями с двумя атомами водорода, а атомы водорода между собой не связаны. Именно это наглядно показывает структурная формула воды. 
Другой пример: молекула серы S8. В этой молекуле 8 атомов серы образуют восьмичленный цикл, в котором каждый атом серы связан с двумя другими атомами простыми связями. Сравните структурную формулу серы с объемной моделью ее молекулы, показанной на рис. 3. Обратите внимание на то, что структурная формула серы не передает форму ее молекулы, а показывает только последовательность соединения атомов ковалентными связями.
Структурная формула фосфорной кислоты показывает, что в молекуле этого вещества один из четырех атомов кислорода связан только с атомом фосфора двойной связью, а атом фосфора, в свою очередь, связан еще с тремя атомами кислорода простыми связями. Каждый из этих трех атомов кислорода, кроме того, связан простой связью с одним из трех имеющихся в молекуле атомов водорода.
|
Пространственная формула – химическая формула, составленная из символов элементов и специальных знаков, отражающих строение данного вещества, включая взаимное пространственное расположение атомов в молекулах этого вещества (или других сложных частицах). |
Сравните приведенную ниже объемную модель молекулы метана с его пространственной, структурной и молекулярной формулой:
|
|
|
|
CH4 |
В пространственной формуле метана клиновидныевалентные штрихи как бы в перспективе показывают, какой из атомов водорода находится " ближе к нам" , а какой " дальше от нас" .
Иногда в пространственной формуле указывают длины связей и значения углов между связями в молекуле, как это показано на примере молекулы воды.
Немолекулярные вещества не содержат молекул. Для удобства проведения химических расчетов в немолекулярном веществе выделяют так называемую формульную единицу.
|
Формульная единица – группа атомов, входящих в состав немолекулярного вещества, соответствующая простейшей формуле этого вещества. |
Примеры состава формульных единиц некоторых веществ: 1) диоксид кремния (кварцевый песок, кварц) SiO2 – формульная единица состоит из одного атома кремния и двух атомов кислорода; 2) хлорид натрия (поваренная соль) NaCl – формульная единица состоит из одного атома натрия и одного атома хлора; 3) железо Fe – формульная единица состоит из одного атома железа.Как и молекула, формульная единица – наименьшая порция вещества, сохраняющая его химические свойства.
Таблица 4
Информация, передаваемая формулами разных типов
|
Тип формулы |
Информация, передаваемая формулой. |
|
|
ПростейшаяМолекулярная Структурная Пространственная |
|
* Атомы каких элементов входят в состав вещества. * Соотношения между числами атомов этих элементов. * Число атомов каждого из элементов в молекуле. * Типы химических связей. * Последовательность соединения атомов ковалентными связями. * Кратность ковалентных связей. * Взаимное расположение атомов в пространстве. * Длины связей и углы между связями (если указаны). |
Рассмотрим теперь на примерах, какую информацию дают нам формулы разных типов.
1. Вещество: уксусная кислота. Простейшая формула – СН2О, молекулярная формула – C2H4O2, структурная формула
Простейшая формула говорит нам, что
1) в состав уксусной кислоты входит углерод, водород и кислород;
2) в этом веществе число атомов углерода относится к числу атомов водорода и к числу атомов кислорода, как 1:2:1, то есть NH : NC :NO = 1:2:1.
Молекулярная формула добавляет, что
3) в молекуле уксусной кислоты – 2 атома углерода, 4 атома водорода и 2 атома кислорода.
Структурная формула добавляет, что
4, 5) в молекуле два атома углерода связаны между собой простой связью; один из них, кроме этого, связан с тремя атомами водорода, с каждым простой связью, а другой – с двумя атомами кислорода, с одним – двойной связью, а с другим – простой; последний атом кислорода связан еще простой связью с четвертым атомом водорода.
2. Вещество: хлорид натрия. Простейшая формула – NaCl.
1) В состав хлорида натрия входит натрий и хлор.
2) В этом веществе число атомов натрия равно числу атомов хлора.
3. Вещество: железо. Простейшая формула – Fe.
1) В состав этого вещества входит только железо, то есть это простое вещество.
4. Вещество: триметафосфорная кислота. Простейшая формула – HPO3, молекулярная формула – H3P3O9, структурная формула
1) В состав триметафосфорной кислоты входит водород, фосфор и кислород.
2) NH : NP :NO = 1:1:3.
3) Молекула состоит из трех атомов водорода, трех атомов фосфора и девяти атомов кислорода.
4, 5) Три атома фосфора и три атома кислорода, чередуясь, образуют шестичленный цикл. Все связи в цикле простые. Каждый атом фосфора, кроме того, связан еще с двумя атомами кислорода, причем с одним – двойной связью, а с другим – простой. Каждый из трех атомов кислорода, связанных простыми связямис атомами фосфора, связан еще простой связью с атомом водорода.
|
Фосфорная кислота – H3PO4 (другое название – ортофосфорная кислота) – прозрачное бесцветное кристаллическое вещество молекулярного строения, плавящееся при 42 oС. Это вещество очень хорошо растворяется в воде и даже поглощает пары воды из воздуха (гигроскопично). Фосфорную кислоту производят в больших количествах и используют прежде всего в производстве фосфорных удобрений, а также в химической промышленности, при производстве спичек и даже в строительстве. Кроме того, фосфорная кислота применяется при изготовлении цемента в зубоврачебной технике, входит в состав многих лекарственных средств. Эта кислота достаточно дешева, поэтому в некоторых странах, например в США, очень чистая сильно разбавленная водой фосфорная кислота добавляется в освежающие напитки для замены дорогой лимонной кислоты. |
|
Метан – CH4. Если у вас дома есть газовая плита, то с этим веществом вы сталкиваетесь ежедневно: природный газ, который горит в конфорках вашей плиты, на 95 % состоит из метана. Метан – газ без цвета и запаха с температурой кипения –161 oС. В смеси с воздухом он взрывоопасен, этим и объясняются происходящие иногда в угольных шахтах взрывы и пожары (другое название метана – рудничный газ). Третье название метана – болотный газ – связано с тем, что пузырьки именно этого газа поднимаются со дна болот, где он образуется в результате деятельности некоторых бактерий. В промышленности метан используется как топливо и сырье для производства других веществ.Метан является простейшим углеводородом. К этому классу веществ относятся также этан (C2H6), пропан (C3H8), этилен (C2H4), ацетилен (C2H2) и многие другие вещества. |
Таблица 5. Примеры формул разных типов для некоторых веществ