يمثل الجدول مقارنة بين ثلاث صيغ كيميائية

يمثل الجدول مقارنة بين ثلاث صيغ كيميائية، الصيغة الكيميائية هي طريقة موجزة للتعبير عن عدد الذرات ونوعها التي يتكون منها مركب كيميائي معين. وهي تعبر عن كل عنصر برمزه الكيميائي، وتكتب بجواره مباشرة عدد الذرات في جزيئ هذا المركب. وفي حالة وجود أكثر من ذرة لنفس العنصر في الجزيء فإن عدد الذرات يكتب أسفل يمين العنصر. وللمواد غير الجزيئية يعبر الرقم السفلي عن الصيغة الوصفية. والصيغة الكيميائية التي تستخدم لسلسلة المركبات التي تختلف عن بعضها البعض بوحدات ثابتة تسمى «الصيغة العامة». وتسمي هذه السلسلة سلسلة متجانسة، ويسمي رقمها رمز التجانس.

الصيغة الكيميائية هي طريقة لتقديم معلومات حول النسب الكيميائية للذرات التي تشكل مركبًا كيميائيًا أو جزيءًا كيميائيًا معينًا، باستخدام رموز العناصر الكيميائية والأرقام وأحيانًا أيضًا رموز أخرى، مثل الأقواس والشرطات والأقواس والفواصل وعلامة الجمع (+) وعلامة ناقص (-). هذه تقتصر على سطر واحد من الرموز المطبعية، والتي قد تتضمن حروفًا منخفضة ومرتفعة. الصيغة الكيميائية ليست اسمًا كيميائيًا، ولا تحتوي على كلمات. على الرغم من أن الصيغة الكيميائية قد تنطوي على بعض التركيبات الكيميائية البسيطة، إلا أنها ليست نفس الصيغة التركيبية الكيميائية الكاملة. يمكن للصيغ الكيميائية أن تحدد بشكل كامل بنية أبسط الجزيئات والمواد الكيميائية فقط، وتكون عمومًا محدودة في القوة أكثر من الأسماء الكيميائية والصيغ الهيكلية.

يُطلق على أبسط أنواع الصيغ الكيميائية الصيغ التجريبية، والتي تستخدم الأحرف والأرقام التي تشير إلى النسب العددية للذرات من كل نوع. تشير الصيغ الجزيئية إلى الأرقام البسيطة لكل نوع من أنواع الذرات في الجزيء، مع عدم وجود معلومات عن التركيب. على سبيل المثال، الصيغة التجريبية للجلوكوز هي CH ₂ O (ضعف عدد ذرات الهيدروجين مثل الكربون والأكسجين)، بينما الصيغة الجزيئية هي C ₆ H ₁₂ O ₆ (12 ذرة هيدروجين وست ذرات كربون وأكسجين).

في بعض الأحيان، تكون الصيغة الكيميائية معقدة من خلال كتابتها على هيئة صيغة مكثفة (أو صيغة جزيئية مكثفة، تسمى أحيانًا «صيغة شبه هيكلية»)، والتي تنقل معلومات إضافية حول الطرق الخاصة التي ترتبط بها الذرات كيميائيًا معًا، إما في شكل تساهمي روابط أو روابط أيونية أو مجموعات مختلفة من هذه الأنواع. هذا ممكن إذا كان من السهل إظهار الترابط ذي الصلة في بُعد واحد. مثال على ذلك هو الصيغة الجزيئية / الكيميائية المكثفة للإيثانول، وهي CH ₃ -CH ₂ -OH أو CH ₃ CH ₂ OH. ومع ذلك، حتى الصيغة الكيميائية المكثفة تكون محدودة بالضرورة في قدرتها على إظهار علاقات الترابط المعقدة بين الذرات، وخاصة الذرات التي لها روابط مع أربعة بدائل مختلفة أو أكثر.

نظرًا لأنه يجب التعبير عن الصيغة الكيميائية كسطر واحد من رموز العناصر الكيميائية، فغالبًا لا يمكن أن تكون مفيدة مثل الصيغة التركيبية الحقيقية، وهي تمثيل رسومي للعلاقة المكانية بين الذرات في المركبات الكيميائية (انظر على سبيل المثال الشكل الخاص بالبيوتان الصيغ التركيبية والكيميائية، على اليمين). لأسباب تتعلق بالتعقيد الهيكلي، قد تتوافق صيغة كيميائية واحدة مكثفة (أو صيغة شبه هيكلية) مع جزيئات مختلفة، تُعرف باسم الأيزومرات. على سبيل المثال، يشترك الجلوكوز في صيغته الجزيئية C ₆ H ₁₂ O ₆ مع عدد من السكريات الأخرى، بما في ذلك الفركتوز والجالاكتوز والمانوز. توجد أسماء كيميائية مكافئة خطية يمكن أن تحدد بشكل فريد أي صيغة هيكلية معقدة (انظر التسمية الكيميائية)، ولكن يجب أن تستخدم هذه الأسماء العديد من المصطلحات (الكلمات)، بدلاً من رموز العناصر البسيطة والأرقام والرموز المطبعية البسيطة التي تحدد الصيغة الكيميائية.

يمكن استخدام الصيغ الكيميائية في المعادلات الكيميائية لوصف التفاعلات الكيميائية والتحولات الكيميائية الأخرى، مثل إذابة المركبات الأيونية إلى محلول. بينما، كما لوحظ، لا تتمتع الصيغ الكيميائية بالقوة الكاملة للصيغ الهيكلية لإظهار العلاقات الكيميائية بين الذرات، فهي كافية لتتبع عدد الذرات وعدد الشحنات الكهربائية في التفاعلات الكيميائية، وبالتالي موازنة المعادلات الكيميائية بحيث تكون هذه المعادلات يمكن استخدامها في المشاكل الكيميائية التي تنطوي على حفظ الذرات، والحفاظ على الشحنة الكهربائية.

قانون التكوين

في أي مركب كيميائي معين، تتحد العناصر دائمًا بنفس النسبة مع بعضها البعض. هذا هو قانون التكوين المستمر.

ينص قانون التركيب الثابت على أنه في أي مركب كيميائي معين، ستتكون جميع عينات هذا المركب من نفس العناصر بنفس النسبة أو النسبة. على سبيل المثال، يتكون أي جزيء ماء دائمًا من ذرتين هيدروجين وذرة أكسجين بنسبة 2: 1. إذا نظرنا إلى الكتل النسبية للأكسجين والهيدروجين في جزيء الماء، فسنلاحظ أن 94٪ من كتلة جزيء الماء يُعزى إليها بالأكسجين وأن الـ 6٪ المتبقية هي كتلة الهيدروجين. ستكون نسبة الكتلة هذه هي نفسها لأي جزيء ماء.

الأسماء الكيميائية ردًا على قيود الصيغ الكيميائية

يحتوي الألكين المسمى but-2-ene على إيزومرين، لا تحددهما الصيغة الكيميائية CH ₃ CH = CHCH ₃ . يجب الإشارة إلى الموضع النسبي لمجموعتي الميثيل بتدوين إضافي يشير إلى ما إذا كانت مجموعات الميثيل على نفس الجانب من الرابطة المزدوجة (رابطة الدول المستقلة أو Z) أو على الجانبين المتقابلين لبعضهما البعض (عبر أو E).

كما هو مذكور أعلاه، من أجل تمثيل الصيغ الهيكلية الكاملة للعديد من المركبات العضوية وغير العضوية المعقدة، قد تكون هناك حاجة إلى تسمية كيميائية تتجاوز الموارد المتاحة المستخدمة أعلاه في الصيغ المكثفة البسيطة. انظر تسميات نظامية لمركبات الكيمياء العضوية وتسميات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية للكيمياء غير العضوية 2005 للحصول على أمثلة. بالإضافة إلى ذلك، تسمح أنظمة التسمية الخطية مثل المعرف الكيميائي الدولي (InChI) للكمبيوتر بإنشاء صيغة هيكلية، كما يسمح نظام إدخال خط الإدخال الجزيئي المبسط (SMILES) بإدخال ASCII أكثر قابلية للقراءة من قبل الإنسان. ومع ذلك، فإن كل أنظمة التسميات هذه تتجاوز معايير الصيغ الكيميائية، وهي من الناحية الفنية أنظمة تسمية كيميائية وليست أنظمة صيغ.

البوليمرات في الصيغ المكثفة

بالنسبة للبوليمرات في الصيغ الكيميائية المكثفة، توضع الأقواس حول وحدة التكرار. على سبيل المثال، جزيء الهيدروكربون الموصوف كـ CH ₃ (CH ₂) ₅₀ CH ₃، هو جزيء بخمسين وحدة متكررة. إذا كان عدد الوحدات المتكررة غير معروف أو متغير، فيمكن استخدام الحرف n للإشارة إلى هذه الصيغة: CH ₃ (CH ₂) _n CH ₃ .

الأيونات في الصيغ المكثفة

بالنسبة للأيونات، يمكن الإشارة إلى الشحنة الموجودة على ذرة معينة بخط مرتفع إلى اليمين. على سبيل المثال، Na ⁺ أو Cu ²⁺ . يمكن أيضًا إظهار إجمالي الشحنة على جزيء مشحون أو أيون متعدد الذرات بهذه الطريقة. على سبيل المثال: H ₃ O ⁺ أو SO ₄ ²⁻ . لاحظ أنه يتم استخدام + و - بدلاً من +1 و -1، على التوالي.

بالنسبة للأيونات الأكثر تعقيدًا، تُستخدم الأقواس [] غالبًا لإحاطة الصيغة الأيونية، كما في [B ₁₂ H ₁₂ ] ²⁻، والتي توجد في مركبات مثل Cs ₂ [B ₁₂ H ₁₂ ]. يمكن أن تتداخل الأقواس () داخل أقواس للإشارة إلى وحدة التكرار، كما هو الحال في [Co (NH ₃) ₆ ] ³⁺ Cl ₃ ^- . هنا، _{يشير (NH 3}) ₆ إلى أن الأيون يحتوي على ست مجموعات NH ₃ مرتبطة بالكوبالت، و [] يرفق الصيغة الكاملة للأيون بشحنة +3.

هذا اختياري تمامًا؛ الصيغة الكيميائية صالحة مع أو بدون معلومات التأين، ويمكن كتابة هيكسامين كوبالت (ثلاثي) الكلوريد كـ [Co (NH ₃) ₆ ] ³⁺ Cl ₃ ^- أو [Co (NH ₃) ₆ ] Cl ₃ . الأقواس، مثل الأقواس، تتصرف في الكيمياء كما تفعل في الرياضيات، وتجمع المصطلحات معًا – لا يتم توظيفهم على وجه التحديد لحالات التأين فقط. في الحالة الأخيرة هنا، تشير الأقواس إلى 6 مجموعات كلها من نفس الشكل، مرتبطة بمجموعة أخرى من الحجم 1 (ذرة الكوبالت)، ثم الحزمة بأكملها، كمجموعة، مرتبطة بثلاث ذرات كلور. في الحالة الأولى، من الواضح أن الرابطة التي تربط الكلور هي الرابطة الأيونية، وليست التساهمية.

كيفية كتابة الصيغة الكيميائية لمركَّب أيوني

اكتب الرمز الكيميائي وشحنة الكاتيون متبوعَيْن بالرمز الكيميائي وشحنة الأنيون.
احذف علامتَيْ (+/−).
أعِدْ كتابة القِيَم العُلوية في صورة قِيَم سُفلية بعد الرمز الكيميائي المقابل. وإذا وُضِع رقم سُفلي بعد أيون متعدِّد الذرات، ضع الأيون المتعدِّد الذرات داخل قوسين متبوعًا بالرقم السُّفلي.
إذا كان الرقمان السُّفليان الجديدان المكتوبان يَشترِكان في عامل مُشترَك، يُبَسَّطان.

كيفية تسمية المركَّب الأيوني

اكتب اسم الكاتيون، وهو النوع الذي يَظهَر أولًا في الصيغة الكيميائية؛ ويكون للكاتيونات الأحادية الذرة اسم العنصر نفسه.
اكتب اسم الأنيون، وهو النوع الذي يَظهَر ثانيًا في الصيغة الكيميائية. تُسمَّى الأنيونات الأحادية الذرة بكتابة جذر اسم العنصر متبوعًا باللاحقة «ـيد».
إذا كان الكاتيون عنصرًا يُمكن أن يُكوِّن أيونات متعدِّدة الشحنات (على سبيل المثال Fe2+،Fe3+)، يجب كتابة مقدار شحنة الكاتيون في صورة رقم روماني داخل قوسين بعد اسم الكاتيون. وإذا كانت شحنة الكاتيون مجهولة، يُمكن تحديد مقدار الشحنة باستخدام المعادلة الآتية:.|||×|||=ﺷﺤﻨﺔاﻷﻧﻴﻮنﻋﺪداﻷﻧﻴﻮﻧﺎتﻋﺪداﻟﻜﺎﺗﻴﻮﻧﺎتﻣ