Χημικός τύπος

Το θειικό αργίλιο έχει χημικό τύπο Al₂(SO₄)₃, αλλά στο δείγμα που εικονίζεται εδώ βρίσκεται στην ένυδρη μορφή του, με τύπο [Al₂(SO₄)₃•16H₂O].

Συντακτικός τύπος του βουτανίου. Άλλα είδη χημικών τύπων του βουτανίου είναι: α) εμπειρικός τύπος:C₂H₅, β) μοριακός τύπος: C₄H₁₀, και γ) σύντομος συντακτικός τύπος: CH₃CH₂CH₂CH₃.

Χημικός τύπος είναι τρόπος αναπαράστασης της αναλογίας των ατόμων ή και κάποιων επιπλέον πληροφοριών για τη μοριακή δομή μιας χημικής ουσίας, ορισμένων ειδών μιγμάτων χημικών ουσιών καθώς, ομάδων χημικών ουσιών (γενικός χημικός τύπος) ή και άλλου είδους χημικών ειδών, όπως είναι τα ιόντα. Για την αναπαράσταση αυτή χρησιμοποιούνται τα χημικά σύμβολα των χημικών στοιχείων που μετέχουν, κάποιοι αριθμοί που εκφράζουν τις αναλογίες των ατόμων γενικά ή ειδικά στο μόριο ή ιόν του χημικού είδους, τη συμμετοχή ορισμένων μόνο ισοτόπων, ή την ύπαρξη ηλεκτρικού φορτίου στο χημικό είδος συνολικά ή τοπικά, σε κάποια σημεία του, και μερικές φορές και κάποια άλλα σύμβολα, όπως συντομογραφικά σύμβολα ομάδων, παρενθέσεις, αγκύλες, τελείες, σύμβολα + και -, αστερίσκοι και σύμβολα οπτικών ή και γεωμετρικών ισομερών. Οι χημικοί τύποι μπορεί ακόμη να εκφράζουν και την ύπαρξη διαμοριακών δεσμών, όπως δεσμών υδρογόνου.

Τα σύμβολα αυτά δεν περιορίζονται πάντα σε μια απλή τυπογραφική γραμμή, αλλά μπορεί να περιέχουν εκθέτες και δείκτες. Ένας χημικός τύπος δεν είναι χημική ονομασία και δεν περιέχει λέξεις. Παρόλο που ένας οριζόντιος χημικός τύπος μπορεί να εκφράζει ικανοποιητική βεβαιότητα σε κάποιες απλές δομές, δεν είναι το ίδιο σαφής με έναν πλήρη τρισδιάστατο χημικό συντακτικό τύπο ή μοντέλο του χημικού είδους, ιδιαίτερα σε χημικά είδη πολύπλοκης μορφής και με ύπαρξη ισομερών. Οι οριζόντιοι χημικοί τύποι μπορούν να δώσουν πλήρη δομική εικόνα μόνο για τα απλούστερα χημικά είδη και γενικά είναι περιορισμένοι σε βαρύτητα πληροφοριών σε σύγκριση με τα πλήρη συστηματικά χημικά ονόματα και τους πλήρεις συντακτικούς τύπους.

Πολλοί συγγραφείς δεν συμπεριλαμβάνουν στους χημικούς τύπους τις μη οριζόντιες μορφές, τις οποίες διαχωρίζουν εντελώς.

Η απλούστερη μορφή χημικού τύπου ονομάζεται εμπειρικός τύπος (ΕΤ), που χρησιμοποιεί μόνο τα χημικά σύμβολα των στοιχείων που μετέχουν σε ένα χημικό είδος (ή μίγμα αυτών) και αριθμούς αναλογίας συμμετοχής του καθενός από αυτά. Συνήθως ο αριθμός 1 παραλείπεται και εννοείται όταν δεν δηλώνεται άλλος αριθμός αναλογίας. Ο αποκαλούμενος μοριακός τύπος (ΜΤ), εκφράζει είδος χημικού τύπου που επίσης περιέχει χημικά σύμβολα και αριθμούς. Συχνά, οι όροι χημικός τύπος και μοριακός τύπος συγχέονται και αναφέρεται ο όρος χημικός τύπος εννοώντας ειδικά το μοριακό τύπο ενός χημικού είδους. Μερικές φορές ο εμπειρικός τύπος και ο μοριακός τύπος ενός χημικού είδους ταυτίζονται. Ο μοριακός τύπος ενός χημικού είδους, όμως, μπορεί να περιέχει μεγαλύτερους αριθμούς από τον αντίστοιχο εμπειρικό. Για παράδειγμα ο εμπειρικός τύπος της γλυκόζης είναι CH₂O, ενώ ο μοριακός τύπος της είναι C₆H₁₂O₆, δηλαδη προκύπτει από τον εμπειρικό αν πολλαπλασιαστούν όλοι οι συντελεστές αναλογίας επί 6.

Μερικές φορές ένας χημικός τύπος περιπλέκεται περισσότερο από το μοριακό τύπο, σχηματίζοντας το σύντομο συντακτικό (ΣΤ) ή αλλιώς ημισυντακτικό τύπο, την πιο σύνθετη μορφή οριζόντιου χημικού τύπου. Αυτός περιέχει περισσότερες πληροφορίες που αφορούν τον τρόπο που συνδέονται κάποια άτομα ή ομάδες ατόμων στη δομή ενός χημικού είδους ή και απλά επισημαίνει την ύπαρξη κάποιων χαρακτηριστικών ομάδων στο αναγραφόμενο χημικό είδος. Για παράδειγμα, ο μοριακός τύπος της αιθανόλης είναι C₂H₆O, αλλά είναι ταυτόσημος με τον αντίστοιχο του ισομερούς διμεθυλαιθέρα. Έτσι, μπορεί να γραφεί πιο αναλυτικά ως C₂H₅OH, δηλώνοντας έτσι την ύπαρξη υδροξυλίου στο μόριο της αιθανόλης και επομένως προσδιορίζοντας επιπλέον ότι έχουμε μια αλκοόλη. Γίνεται, όμως, να γραφεί και ακόμη πιο αναλυτικά: CH₃CH₂OH ή να χρησιμοποιηθεί η συντομογραφία Et για την ομάδα του αιθυλίου, οπότε ο τύπος της αιθανόλης γίνεται EtOH. Ωστόσο, ακόμη και με το σύντομο συντακτικό τύπο η πληροφόρηση για την πραγματική δομή ενός πιο πολύπλοκου χημικού είδους είναι αναγκαστικά περιορισμένη, γιατί είναι από δύσκολο ως αδύνατο να δείξει πολύπλοκη δεσμολογία μεταξύ των ατόμων (ή και ιόντων) που το αποτελούν, ιδιαίτερα αν ένα άτομο συνδέεται με περισσότερα από δύο (2) άλλα άτομα ή αν σχηματίζονται κάποιοι δακτύλιοι.

Επισκόπηση

Ένας χημικός τύπος ταυτοποιεί κάθε χημικό στοιχείο που συμμετέχει σε ένα χημικό είδος με το χημικό του σύμβολο και αναφέρει την αναλογία των ατόμων κάθε χημικού στοιχείου που συμμετέχει. Στους εμπειρικούς τύπους, η εύρεση της αναλογίας ξεκινά με ένα κομβικό χημικό στοιχείο και μετά υπολογίζονται με βάση αυτό οι αναλογίες των ατόμων των άλλων στοιχείων που συμμετέχουν στο συγκεκριμένο χημικό είδος. Για μοριακές ενώσεις, οι αριθμοί που εκφράζουν την αναλογία των χημικών στοιχείων που συμμετέχουν σε ένα χημικό είδος μπορούν να εκφραστούν με φυσικούς αριθμούς. Για παράδειγμα, ο εμπειρικός τύπος της αιθανόλης μπορεί να γραφεί ως C₂H₆O, γιατί κάθε μόριο της αιθανόλης αποτελείται από δύο (2) άτομα άνθρακα, έξι (6) άτομα υδρογόνου και ένα (1) οξυγόνου. Ωστόσο, σε κάποιους τύπους ιονικών ενώσεων, η αναλογία ατόμων δεν μπορεί να εκφραστεί εντελώς με φυσικούς αριθμούς. Για παράδειγμα, στο καρβίδιο του βορίου, έχει εμπειρικό τύπο CB_n, όπου n ρητός αριθμός που εκφράζει μια αναλογία που κυμαίνεται μεταξύ 4 και 6,5.

Όταν ένα χημικό είδος αποτελείται από απλά μόρια, οι χημικοί τύποι του μπορεί συχνά να προτείνουν κάποιους τρόπους εξήγησης της δομής αυτών των μορίων. Αυτοί οι χημικοί τύποι είναι γενικά γνωστοί ως μοριακοί τύποι ή ως σύντομοι συντακτικοί τύποι. Ένας μοριακός τύπος περιέχει όχι απλά την αναλογία ατόμων, αλλά τον απόλυτο αριθμό των ατόμων κάθε χημικού στοιχείου που συμμετέχει σε ένα χημικό είδος. Έτσι, ο μοριακός τύπος της γλυκόζης είναι C₆H₁₂O₆, ενώ ο εμπειρικός τύπος της ίδιας ένωσης είναι CH₂O. Ωστόσο, εκτός από τα πολύ απλά χημικά είδη, οι μοριακοί (χημικοί) τύποι δεν περιέχουν απαραίτητες συντακτικές πληροφορίες και γι' αυτό είναι ασαφείς.

Για (σχετικά) απλά μόρια, ο σύντομος συντακτικός τύπος ή ημισυντακτικός τύπος μπορεί να δώσει πλήρεις πληροφορίες για τον ορθό συντακτικό τύπο. Για παράδειγμα, η αιθανόλη μπορεί να απεικονιστεί ικανοποιητικά με το σύντομο συντακτικό της τύπο CH₃CH₂OH και ο ισομερής της διμεθυλαιθέρας με το δικό του CH₃OCH₃. Αυτές οι δυο ενώσεις έχουν τον ίδιο εμπειρικό και χημικό τύπο C₂H₆O, αλλά διαφοροποιείται ο σύντομος συντακτικός τους τύπος, γεγονός που αποσαφηνίζει ότι ο τελευταίος αντιπροσωπεύει την πλήρη δομή αυτών των (σχετικά) απλών οργανικών ενώσεων.

Οι σύντομοι συντακτικοί τύποι μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την αναπαράσταση και ιονικών ενώσεων που δεν υπάρχουν με τη μορφή διακριτών μορίων, αλλά αντίθετα περιλαμβάνουν επαναλαμβανόμενες δομικές υπομονάδες. Αυτά τα πολυατομικά ιόντα είναι ομάδες ατόμων που συνδέονται και με ομοιοπολικούς δεσμούς, αλλά έχουν ένα συνολικό ιονικό φορτίο. Τέτοιο είναι για παράδειγμα το θειικό ανιόν (SO₄^2-). Κάθε πολυατομικό ιόν (ή και, αντίστοιχα, ηλεκτρικά ουδέτερη ομάδα) είναι ένα χημικό είδος που μπορεί να γραφεί ανεξάρτητα, για να επισημανθεί η παρουσία του ως χαρακτηριστική ομάδα. Για παράδειγμα, η ένωση εξαοξείδιο του διχλωρίου έχει εμπειρικό τύπο ClO₃ και μοριακό τύπο Cl₂O₆, αλλά στην υγρή ή τη στερεή κατάσταση η δομή αυτού του χημικού είδους εκφράζεται πολύ σωστότερα με το σύντομο συντακτικό τύπο της: [ClO₂]⁺[ClO₄]^-, που επισημαίνει το δομικό γεγονός ότι η ένωση αποτελείται από τα ιόντα [ClO₂]⁺ και [ClO₄]^-. Σε τέτοιες περιπτώσεις μόνο χρειάζεται ο σύντομος συντακτικός τύπος ενός σύνθετου χημικού είδους να είναι αρκετά πολύπλοκος ώστε να δείχνει την παρουσία ενός τουλάχιστον (πολυατομικού) ιονικού είδους.

Οι χημικοί τύποι πρέπει να διακρίνονται από τις (συχνά) πολύ πιο πολύπλοκες συστηματικές χημικές ονομασίες που χρησιμοποιούνται σε διάφορα συστήματα της χημικής ονοματολογίας. Για παράδειγμα, ένα συστηματικό όνομα για τη γλυκόζη είναι (2R,3S,4R,5R)-2,3,4,5,6-πενταϋδροξυεξανάλη. Αυτή η ονομασία, και οι κανόνες ονοματολογίας που υποκρύπτει, εκφράζει πλήρως το συντακτικό τύπο της γλυκόζης, αλλά η ονομασία δεν αποτελεί χημικό τύπο της γλυκόζης, γιατί χρησιμοποιεί πολλούς επιπλέον όρους και λέξεις, που δεν επιτρέπονται στους χημικούς τύπους. Μπορεί αυτές οι χημικές ονομασίες να είναι ικανές να αναπαριστούν πλήρεις συντακτικούς τύπους χωρίς τη χρήση γραφημάτων, αλλά για να το κατορθώσουν χρησιμοποιούν λεκτικούς όρους που δεν αποτελούν τμήματα χημικών τύπων.

Ταξινόμηση

Υπάρχουν τα ακόλουθα έξι (6) βασικά είδη χημικών τύπων:

1. ο εμπειρικός χημικός τύπος (ΕΤ).
2. ο μοριακός τύπος, με τον επιμέρους γενικό μοριακό τύπο (ΓΜΤ) να απεικονίζει τύπους ομάδων χημικών ειδών.
3. ο σύντομος (οριζόντιος) συντακτικός τύπος ή ημισυντακτικός τύπος.
4. ο (επίπεδος) Συντακτικός τύπος (ΣΤ).
5. ο ηλεκτρονιακός τύπος (ΗΤ).
6. ο στερεοχημικός τύπος (ΣτΤ).

• Σημειώνεται και πάλι ότι ο όρος χημικός τύπος πολλές φορές αναφέρεται μόνο για τα τρία πρώτα είδη τύπων που είναι λατινο-γραμματάριθμοι κώδικες με τους οποίους χαρακτηρίζονται τα χημικά είδη.

Εμπειρικός τύπος

Ο εμπειρικός τύπος (ΕΤ) περιέχει μόνο τις βασικές πληροφορίες, άρα και τις λιγότερες από όλα τα άλλα είδη τύπων. Οι πληροφορίες που παρέχει είναι το είδος των ατόμων των χημικών στοιχείων που περιλαμβάνονται στο μόριο και την αναλογία εκάστου. Ο εμπειρικός τύπος μιας ουσίας περιλαμβάνει τα χημικά σύμβολα των στοιχείων και την αναλογία με ειδικούς αριθμητικούς δείκτες, (που παραλείπονται όταν είναι ίσοι με τη μονάδα). Αυτός προκύπτει από την ποιοτική και ποσοτική της ανάλυση, όπου η πρώτη προσδιορίζει το είδος των ατόμων που συμμετέχουν και η δεύτερη τις αναλογίες. Ωστόσο, αυτές οι δύο αναλύσεις μπορούν να γίνουν ταυτόχρονα. Για παράδειγμα ο εμπειρικός τύπος του αλατιού δηλαδή του χλωριούχου νατρίου είναι NaCl που σημαίνει Na + Cl σε αναλογία 1:1, ή του διχλωροαιθενίου είναι CHCl.

Μοριακός τύπος

Μοριακός τύπος ονομάζεται ο προηγούμενος όταν αφορά μόριο ουσίας, όπου και αποδίδεται με τον λατινο-γραμματάριθμο κωδικό με τον οποίο χαρακτηρίζονται οι χημικές ουσίες που απαρτίζονται από μόρια. Αυτός ο κωδικός φανερώνει ποια χημικά στοιχεία περιέχονται σε μια ένωση καθώς, σε ποιες αναλογίες και πόσα άτομα ακριβώς περιέχονται στο μόριο.

Αυτός ο μοριακός τύπος(ΜΤ), όπως λέγεται, μιας ουσίας, χρησιμοποιεί ακριβώς τα χημικά σύμβολα των στοιχείων εκείνων που συγκροτούν την ουσία, ως ένα λατινογράμματο σύνολο. Οι δε αριθμοί που περιέχονται σε συγκεκριμένες πάντα θέσεις ανάμεσα των επιμέρους χημικών συμβόλων των στοιχείων μαρτυρούν τον ακριβή αριθμό των ατόμων των στοιχείων αυτών που συγκροτούν το μόριο της ουσίας, όπως π.χ. το αλάτι.

Γενικός μοριακός τύπος

Κάποιες χημικές ενώσεις, όπως τα πολυμερή και οι ομόλογες σειρές, περιγράφονται με γενικευμένους μοριακούς τύπους. Αυτοί οι γενικευμένοι μοριακοί τύποι ονομάζονται γενικοί μοριακοί τύποι (ΓΜΤ).

Παραδείγματα

Παράδειγμα ένα μόριο νερού περιέχει υδρογόνου (Η) άτομα 2 και οξυγόνου (Ο) άτομα ένα. Επομένως ο χημικός τύπος του νερού είναι H₂O. Το άζωτο "Ν" έχει μοριακό τύπο Ν₂ και αυτό επειδή το μόριό του έχει 2 άτομα.

Το 1,2-διχλωραιθένιο έχει απαρτίζεται από μόρια, άρα έχει μοριακό τύπο, ο οποίος είναι ο C₂H₂Cl₂.

Ηλεκτρονιακός τύπος

Ηλεκτρονιακός τύπος του νερού.

Ο ηλεκτρονιακός τύπος αναπαριστά την εσωτερική δομή των ατόμων που συμμετέχουν αναπαριστώντας σε κάθε άτομο τον πυρήνα και τα ζεύγη των ηλεκτρονίων κατανεμημένα σε στιβάδες. Οι ομοιοπολικοί δεσμοί αναπαρίστανται με εφαπτόμενες στιβάδες. Σε ιοντικούς δεσμούς ενδέχεται να αναπαρίστανται η μεταπήδηση των ηλεκτρονίων.

Ο ηλεκτρονιακός τύπος περιέχει τις πληροφορίες όλων των προηγούμενων τύπων και επιπλέον δείχνει τους ενδομοριακούς συνδέσμους εντός του μορίου ή του πλέγματος και την εσωτερική δομή των ατόμων που συμμετέχουν. Επιπλέον, μπορούν να παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τη διάταξη των ατόμων στο πλέγμα ή το μόριο.

Συντακτικός τύπος

Συντακτικός τύπος του μεθανίου

Ο συντακτικός τύπος αναπαριστά τα άτομα που συμμετέχουν στο πλέγμα ή στο μόριο, τους ομοιοπολικούς δεσμούς και συνήθως και τους δεσμούς υδρογόνου. Υπάρχουν και κάποιες παραλλαγές κυρίως στην οργανική χημεία όπου τα άτομα άνθρακα και υδρογόνου δεν αναπαριστώνται. Ο συντακτικός τύπος εκφράζει τον τρόπο με τον οποίο τα άτομα συντάσσονται στο πλέγμα ή το μόριο.

Τα άτομα αναπαρίστανται με το χημικό τους σύμβολο, ενώ οι ομοιοπολικοί δεσμοί με γραμμές μεταξύ των ατόμων και οι χημικοί με τρεις τελείες σε γραμμή που μεσολαβεί μεταξύ των ατόμων. Σε αυτόν τον τύπο δεν επιτρέπεται η επικάλυψη γραμμών οι οποίες οφείλουν γενικά να είναι ισομήκεις.

Οι πληροφορίες που περιέχει ένα συντακτικός τύπος τύπος είναι ο ακριβής προσδιορισμός του είδους και του αριθμού των ατόμων που συμμετέχουν και οι ενδομοριακοί σύνδεσμοι.

Τα πολυμερή περιγράφονται με γενικευμένους συντακτικούς τύπους οι οποίοι συνδυάζουν χαρακτηριστικά από τους συντακτικούς τύπους αλλά και του γενικούς μοριακούς.

Στερεοχημικός τύπος

Στερεοχημικός τύπος του μεθανίου.

Ο στερεοχημικός τύπος είναι μια τρισδιάστατη αναπαράσταση του πλέγματος ή του μορίου η οποία δείχνει την ακριβή θέση του κάθε ατόμου μέσα στο μόριο. Συνήθως τα άτομα αναπαρίστανται από σφαίρες και αν μεταξύ δύο ατόμων υπάρχει ομοιοπολικός δεσμός οι δύο σφαίρες μπορεί να επικαλύπτονται. Κάθε άτομο κωδικοποιείται με συγκεκριμένο χρώμα, αν και δεν υπάρχει επίσημη σύμβαση, ο άνθρακας κωδικοποιείται με μαύρο και το υδρογόνο με άσπρο. Στο στερεοχημικό τύπο περιέχονται σχεδόν όλες οι πληροφορίες που χαρακτηρίζουν ένα μόριο ή πλέγμα.

Πηγές

• "Εγκυκλοπαίδεια Πάπυρος Larousse Britannica" τομ. 58ος, σελ. 315.