Химическая формула

Хими́ческая фо́рмула — условное обозначение химического состава и структуры соединений с помощью символов химических элементов, числовых и вспомогательных знаков (скобок, тире и т. п.). Химические формулы являются составной частью языка химии, на их основе составляются схемы и уравнения химических реакций, а также химическая классификация и номенклатура веществ[1]. Одним из первых начал использовать их русский химик А. А. Иовский.

Химическая формула может обозначать или отражать[1]:

Например, формула HNO3 обозначает:

  • 1 молекулу азотной кислоты или 1 моль азотной кислоты;
  • качественный состав: молекула азотной кислоты состоит из водорода, азота и кислорода;
  • количественный состав: в состав молекулы азотной кислоты входят один атом водорода, один атом азота и три атома кислорода.

Виды

В настоящее время различают следующие виды химических формул:

  • Простейшая формула. Может быть получена опытным путём через определение соотношения химических элементов в веществе с применением значений атомной массы элементов. Так, простейшая формула воды будет H2O, а простейшая формула бензола CH (в отличие от C6H6 — истинной, см. далее). Атомы в формулах обозначаются знаками химических элементов, а относительное их количество — числами в формате нижних индексов.[2]
  • Истинная формула. Молекулярная формула[3] — может быть получена, если известна молекулярная масса[3] вещества. Истинная формула воды Н2О, что совпадает с простейшей. Истинная формула бензола С6Н6, что отличается от простейшей. Истинные формулы также называют брутто-формулами. Они отражают состав, но не структуру молекул вещества. Истинная формула показывает точное количество атомов каждого элемента в одной молекуле. Этому количеству отвечает [нижний] индекс — маленькая цифра после символа соответствующего элемента. Если индекс равен 1, то есть в молекуле присутствует только один атом данного элемента, то такой индекс не указывают.
  • Рациональная формула. В рациональных формулах выделяются группы атомов, характерные для классов химических соединений. Например, для спиртов выделяется группа -ОН. При записи рациональной формулы такие группы атомов заключаются в круглые скобки (ОН). Количество повторяющихся групп обозначаются числами в формате нижних индексов, которые ставятся сразу за закрывающей скобкой. Квадратные скобки применяются для отражения структуры комплексных соединений. Например, К4[Co(CN)6][4] — гексацианокобальтат калия. Рациональные формулы часто встречаются в полуразвернутом виде, когда часть одинаковых атомов показывается по отдельности для лучшего отражения строения молекулы вещества.
  • Формула  Маркуша представляют собой формулу, в которой  выделяется активное ядро и некоторое количество вариантов заместителей, объединяемых в группу альтернативных структур. Она является удобным способом обозначения химических структур в обобщенном виде. Формула относится к описанию целого класса веществ. Использование «широких» формул Маркуша в химических патентах приводит к массе проблем и дискуссий.
  • Эмпирическая формула. Разные авторы могут использовать этот термин для обозначения простейшей[5], истинной или рациональной[6] формулы.
  • Структурная формула. В графическом виде показывает взаимное расположение атомов в молекуле. Химические связи между атомами обозначаются линиями (чёрточками). Различают двумерные (2D) и трёхмерные (3D) формулы. Двумерные представляют собой отражение структуры вещества на плоскости (также скелетная формула — попытки приблизить 3D-структуру на 2D-плоскости). Трёхмерные [пространственные модели] позволяют наиболее близко к теоретическим моделям строения вещества представлять его состав, и, зачастую (но не всегда), более полное (истинное) взаимное расположение атомов, угол связи и расстояния между атомами.

Например, для этанола:

  • Простейшая формула: С2Н6О
  • Истинная, эмпирическая, или брутто-формула: С2Н6О
  • Рациональная формула: С2Н5ОН
  • Рациональная формула в полуразвернутом виде: СН3СН2ОН
  • Структурная формула (2D):
      Н Н
      │ │
    Н—С—С—О—Н
      │ │
      Н Н
  • Структурная формула (3D):
Вариант 1:
Ethanol-3D-balls.png
Вариант 2:
Ethanol-3D-vdW.png

Простейшей формуле С2Н6О в равной мере может соответствовать и диметиловый эфир (рациональная формула; структурная изомерия): СН3—О—СН3.

Существуют и другие способы записи химических формул. Новые способы появились в конце 1980-х с развитием персональной компьютерной техники (SMILES, WLN, ROSDAL, SLN и др.). В персональных компьютерах для работы с химическими формулами также используются специальные программные средства, называемые молекулярными редакторами.

другие языки
Afrikaans: Chemiese formule
azərbaycanca: Kimyəvi formul
беларуская: Хімічная формула
български: Химична формула
brezhoneg: Formulenn gimiek
čeština: Chemický vzorec
dansk: Sumformel
Ελληνικά: Χημικός τύπος
Esperanto: Kemia formulo
贛語: 化學式
עברית: כתיב כימי
Kreyòl ayisyen: Fòmil chimik
interlingua: Formula chimic
Bahasa Indonesia: Rumus kimia
íslenska: Efnaformúla
italiano: Formula chimica
日本語: 化学式
Basa Jawa: Rumus kimia
한국어: 화학식
Lëtzebuergesch: Chemesch Formel
lumbaart: Furmula chimica
македонски: Хемиска формула
മലയാളം: രാസസൂത്രം
Bahasa Melayu: Formula kimia
Plattdüütsch: Summenformel
Nederlands: Molecuulformule
norsk nynorsk: Kjemisk formel
português: Fórmula química
srpskohrvatski / српскохрватски: Kemijska formula
Simple English: Chemical formula
slovenčina: Chemický vzorec
slovenščina: Kemijska formula
српски / srpski: Хемијска формула
Seeltersk: Chemiske Formel
svenska: Kemisk formel
українська: Хімічна формула
Tiếng Việt: Công thức hóa học
吴语: 化学式
中文: 化学式
文言: 化學式
Bân-lâm-gú: Hòa-ha̍k-sek
粵語: 化學式