و الصيغة البنائية هي تمثيل رسومي للسندات من جزيء، تسليط الضوء على هيكلها مرة واحدة يحددها الطرق الطيفية. إنها الطريقة الأكثر تحديدًا عند الإشارة إلى مركب معين ، وليس إلى العديد من الأيزومرات المقابلة لنفس الصيغة الجزيئية.
على سبيل المثال ، يحتوي البيوتان ، C 4 H 10 ، على اثنين من أيزومرين: n-butane (خطي) و 2-methyl-propane (متفرعة). لا تميز الصيغة الجزيئية بين أي من الاثنين ؛ بينما إذا لجأنا إلى الصيغ الهيكلية ، فسيتم ملاحظة أن إحداها خطية والأخرى متفرعة.
تسمح الصيغ الهيكلية بفحص الهياكل الجزيئية للمركبات. المصدر: Pixabay.
إن استخدام الصيغ الهيكلية يجعل من السهل فهم التغييرات التي يمر بها الجزيء أثناء التفاعل الكيميائي ؛ أي من روابطه معطلة ، وكيف يتم تعديل هيكلها في العملية وفي نهايتها. تعلم قراءة هذه الصيغ هو نفسه التنبؤ السطحي بخصائص الجزيئات.
الصيغ الهيكلية هي تمثيلات ثنائية الأبعاد ، على الرغم من أنها يمكن أن تشير إلى بعض الجوانب ثلاثية الأبعاد والهندسية. كلما تم فحص هيكل المركب ، كلما أصبحت صيغته الهيكلية أكثر دقة وإخلاصًا. وإلا فإنه يترك الجوانب الأساسية لفهم طبيعة الجزيء.
أمثلة الصيغة الهيكلية
كل مركب له صيغته الهيكلية الخاصة به ، والتي يمكن أن تختلف اعتمادًا على نوع الإسقاط أو المنظور المستخدم. على سبيل المثال ، الصيغ المكثفة والهيكلية ، وهياكل لويس ، والإسقاطات الكيميائية المجسمة كلها صيغ هيكلية ، مكرسة لرسم أكبر قدر ممكن من المعلومات المتعلقة بالبنية الجزيئية.
هناك الكثير من الأمثلة التي سيتم تناولها فقط.
الجلوكوز
تمثيلات مختلفة لهيكل الجلوكوز ألفا. المصدر: Yikrazuul عبر ويكيبيديا.
تظهر أربعة تمثيلات لجزيء الجلوكوز في الصورة العلوية. كل منها عبارة عن صيغة هيكلية صالحة ؛ لكن 2 (إسقاط هاوورث) و 3 (إسقاط كرسي) هما الأكثر استخدامًا في النصوص الأكاديمية والمنشورات.
تتميز 4 بميزة أنها تشير مباشرة إلى مجموعات OH الموجودة أعلى (أسافين سميكة) أو أسفل (أسافين منقطة) الحلقة السداسية ؛ أي أنه يسهل فهم الكيمياء الفراغية الخاصة به. في المقابل ، يُظهر الشكل 1 (إسقاط Tollens-Fisher) الطابع الخطي للجلوكوز قبل التحول إلى شكله الدوري.
الميثان
الصيغة الهيكلية للميثان. المصدر: Gabriel Bolívar عبر MolView.
يوجد أعلاه صيغتان بنيويتان للميثان ، صيغتهما الجزيئية المكثفة هي CH 4. بالنسبة لأولئك الذين يفتقرون إلى المعرفة بالكيمياء ، يمكنهم تفسير الصيغة CH 4 كما لو كانت جزيء به ذرة هيدروجين في المركز.
لكن في الواقع (وبالضرورة) ، توضح الصيغ الهيكلية أن الكربون هو الذرة المركزية. لذلك ، لدينا أربعة روابط CH. لاحظ أيضًا أن الصيغة الموجودة على اليسار تخلق انطباعًا خاطئًا بأن الجزيء مسطح ، بينما هو في الواقع رباعي السطوح (الصيغة على اليمين).
هذا هو السبب في أنه في الصيغة الهيكلية على اليمين ، يتم تمثيل الروابط بواسطة أسافين ، تشير إلى المواقع المكانية النسبية لكل ذرة هيدروجين (رؤوس رباعي الوجوه).
الميثانول
الصيغة الهيكلية للميثانول. المصدر: NEUROtiker
الصيغة الهيكلية للميثانول هي عمليا نفس صيغة الميثان ، مع اختلاف أن لديها H تم استبدالها بـ OH. صيغته المكثفة أو الكيميائية هي CH 3 OH ، والجزيئي CH 4 O. ويلاحظ أنه يتكون أيضًا من رباعي الوجوه.
الإيثانول
الصيغة الهيكلية للإيثانول. المصدر: Gabriel Bolívar عبر MolView.
ننتقل الآن إلى الإيثانول ، الكحول التالي في القائمة. صيغته الكيميائية أو المكثفة هي CH 3 CH 2 OH ، والتي تُظهر بالفعل هيكلها الخطي. لكي نكون واضحين ، توضح الصيغة الهيكلية في الصورة أعلاه بشكل فعال أن الإيثانول هو سلسلة مستقيمة أو عمود فقري.
إذا نظرت عن كثب ، فإن محيط كل ذرة كربون رباعي السطوح.
الفركتوز
الصيغة الهيكلية لبيتا- D- فروكتوفيورانوز. المصدر: NEUROtiker (نقاش • مساهمات)
أعلاه لدينا الصيغة الهيكلية للفركتوز ، وبشكل أكثر دقة إسقاط هوورث لحلقة فورانوس (خمسة أعضاء). لاحظ مقدار ما تكشفه الصيغة البنائية ، على عكس الصيغة الجزيئية ، C 6 H 12 O 6 ، والتي تتطابق مع تلك الخاصة بالجلوكوز ، وكلاهما سكريات مختلفة.
ماء
الصيغة الهيكلية للمياه. المصدر: Benjah-bmm27 عبر ويكيبيديا.
الصيغة الكيميائية للماء هي H 2 O ، والتي تتوافق أيضًا مع الصيغ المكثفة والجزيئية. كما هو الحال مع الميثان ، قد يعتقد أولئك الذين لا يعرفون جزيء الماء (وليس لديهم فكرة عن الروابط الكيميائية) أن تركيبته هي OHH ؛ لكن الصيغة الهيكلية في الصورة أعلاه توضح البنية الحقيقية.
على الرغم من عدم تقدير ذلك ، فإن أزواج الإلكترونات الحرة من الأكسجين وذرات الهيدروجين ترسم رباعي الوجوه حول الأكسجين ؛ هذا هو ، الهندسة الإلكترونية للماء: رباعي السطوح. وفي الوقت نفسه ، تشكل ذرتا الهيدروجين مستوى يشبه ذراع الرافعة ؛ هذا هو ، الهندسة الجزيئية للماء: الزاوي.
على الرغم من أن الصيغة الهيكلية للماء هي إلى حد بعيد أبسط الأمثلة التي تمت مناقشتها ، إلا أنها تخفي المزيد من الأسرار والشذوذ أكثر مما تستطيع وحدها تمثيلها.
أسبرين
الصيغة التركيبية للأسبرين. المصدر: Gabriel Bolívar عبر MolView.
لدينا واحدة من أول "عيوب" الصيغ الهيكلية: عدم قدرتها على تمثيل الطابع العطري للهيكل ؛ والذي يتوافق في هذه الحالة مع عطرية حلقة البنزين (سداسية) من الأسبرين (أعلاه).
إذا نظرت إلى هذه الصيغة بعناية ، ستصل إلى استنتاج مفاده أنها جزيء مسطح بشكل أساسي ؛ وهذا يعني أن كل ذراته تقريبًا "ترتاح" في نفس المستوى ، باستثناء مجموعة الميثيل ، CH 3 ، على يسارها ، حيث يتم تصور البيئة الرباعية السطوح للكربون مرة أخرى.
مرة أخرى ، توفر الصيغة البنائية معلومات أكثر بكثير من صيغتها الجزيئية المسطحة ، C 9 H 8 O 4 ؛ الذي يتوافق مع العديد من الأيزومرات الهيكلية ، تختلف تمامًا عن الأسبرين.
البنزين
الصيغة الهيكلية للبنزين. المصدر: Gabriel Bolívar عبر MolView.
أخيرًا ، لدينا فوق الصيغة البنائية للبنزين. صيغته الجزيئية هي C 6 H 6 ، مما يشير إلى أنه يحتوي بشكل فعال على ست ذرات كربون وست ذرات هيدروجين. لكنها لا تقول شيئًا عن الهيكل الحقيقي للبنزين.
الروابط المزدوجة C = C ليست ثابتة ، لأن زوجًا من الإلكترونات ، على وجه التحديد الموجود في مدارات الكربون p ، يزيل التمركز داخل الحلقة. وبالتالي ، فإن للبنزين العديد من هياكل الرنين ، ولكل منها صيغته الهيكلية الخاصة.
هذا التحديد هو جزء من الطابع العطري للبنزين ، ولم يتم تمثيله بأمانة في الصيغة الهيكلية على اليسار. أقرب شيء هو استبدال الروابط المزدوجة بدائرة (يُطلق عليها البعض دونات) للإشارة إلى عطرية الحلقة (يمين الصورة).
وماذا عن الصيغة الهيكلية؟ هذا مشابه جدًا للهيكلية ، ويختلف فقط في أنه لا يمثل ذرات الهيدروجين ؛ وبالتالي ، يكون الرسم البياني أكثر بساطة وراحة. ستكون حلقة البنزين على اليمين هي صيغتها الهيكلية.
المراجع
- ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). كيمياء (الطبعة الثامنة). سينجاج ليرنينج.
- ويكيبيديا. (2020). الصيغة الهيكلية. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
- نيسا جارسيا. (2020). الصيغة الهيكلية: التعريف والأمثلة. دراسة. تم الاسترجاع من: study.com
- كلارك جيم. (2012). رسم الجزيئات العضوية. تم الاسترجاع من: chemguide.co.uk
- وليام ريوش. (5 مايو 2013). شكل الجزيئات. تم الاسترجاع من: 2.chemistry.msu.edu