Chemische formule

miniatuur|Verschillende chemische formules voor benzeen|400px

Een chemische formule is een manier om de atomaire samenstelling van chemische stoffen te noteren. Chemische formules worden gebruikt voor de notatie van moleculen, gevormd door covalente bindingen tussen de atomen, en voor de notatie van zouten, gevormd door ionbindingen tussen de atomen.

Een chemische formule geeft informatie over de samenstellende elementen van een stof, die ieder worden aangeduid met een chemisch symbool, en een subscript voor de getalsverhoudingen waarin de atomen van deze elementen in de stof voorkomen.

De chemische formule werd door de Zweedse chemicus Jöns Jacob Berzelius ontwikkeld in de eerste helft van de 19e eeuw. De historische notatie H2O is intussen wel gewijzigd naar H2O.

Soorten chemische formules IUPAC onderscheidt drie types chemische formules: de verhoudingsformule, de molecuulformule en de structuurformule.

Verhoudingsformule De verhoudingsformule (ook empirische of minimale formule) bevat de atoomsymbolen en de kleinst mogelijke (gehele) getallen in subscript die de samenstelling van de stof weergeven.

Dit is een gebruikelijke formule voor stoffen die niet uit moleculaire eenheden zijn opgebouwd. Bijv. MgCl2, C, NiO, Fe.

Voor moleculen komt de verhoudingsformule overeen met de molecuulformule waarbij de indices van de molecuulformule door hun grootste gemeenschappelijke deler zijn gedeeld. Bijv. HO (waterstofperoxide), H2O (water), CH (benzeen).

Molecuulformule De molecuulformule (ook moleculeformule of brutoformule) geeft aan uit welke elementen en in welke aantallen atomen een molecuul of ion is opgebouwd.

Voor sommige moleculen is dit identiek aan de verhoudingsformule. Bijv. H2O (water). Voor andere is de molecuulformule een geheel veelvoud van de verhoudingsformule. Bijv. H2O2 (waterstofperoxide), C6H6 (benzeen).

Structuurformule De structuurformule geeft informatie over de manier waarop atomen in een molecule verbonden en ruimtelijk georganiseerd zijn. De mate waarin en manier waarop deze informatie weergegeven wordt is erg divers, wat vooral in de organische chemie leidt tot veel verschillende soorten structuurformules. In de eenvoudigste vorm geeft de volgorde van de atomen weer hoe deze verbonden zijn. Bijv. HOOH (waterstofperoxide), HCNO (fulminezuur) en HNCO (isocyaanzuur). In complexere structuren geven haakjes de opbouw weer. Bijv. de formule [Co(NH3)6]2(SO4)3 toont dat het een ionaire verbinding is tussen SO42− (sulfaat) en Co(NH3)63+, een polyatomisch ion dat is opgebouwd uit een kobalt(3+)ion en zes ammineliganden. Dit is in de verhoudingsformule Co2H36N12O12S3 niet zichtbaar. Alle covalente bindingen kunnen aangeduid worden in een streepjesformule. Duidt men ook vrije elektronenparen aan, bekomt men een lewisstructuur. Noteert men niet elke binding, maar schrijft men de structuurformule compacter op één regel, dan bekomt men gecondenseerde formules. Zijgroepen op de lineaire keten noteert men tussen ronde haakjes en herhalingen binnen de lineaire keten worden tussen vierkante haken geplaatst. Bijv. HO[CH2]3CH(CH3)2 ofwel HOCH2CH2CH2CH(CH3)2 (isohexanol). Laat men in de streepjesformule de koolstofatomen en daarop gebonden waterstofatomen weg, dan houdt men een skeletstructuur over, wat de meest courante notatie is voor organische moleculen. Stereochemische formules geven de ruimtelijke structuur van moleculen weer. Men tekent hierbij het molecuul in perspectief of maakt gebruik van bepaalde projecties. Bijv. newmanprojectie, fischerprojectie en haworthprojectie. De SMILES – voluit simplified molecular-input line-entry specification – is een equivalent van een structuurformule, vaak gebruikt in chemische tekenprogramma's.

Atoomvolgorde in een formule Er is niet één bepaalde volgorde waarin de atomen moeten staan. Voor een bepaalde stof kunnen dus meerdere formules correct zijn. De volgorde kan samenhangen met de naamgeving.

Hillsysteem De symbolen van de atomen worden alfabetisch gerangschikt in het hillsysteem In koolstofhoudende verbindingen schrijft men eerst C en H, daarna volgt de rest alfabatisch. Bevat de formule geen koolfstof, dan worden alles (incl. H) alfabetisch geordend. Deze volgorde wordt vaak gebruikt voor organische molecuulformules. Voor anorganische stoffen gebruikt men dit enkel in lijsten van chemische formules.

Bijv. ClNa (keukenzout), C17H21NO4, (cocaïne), H2O, BrHO3 (broomzuur).

Volgens elektronegativiteit miniatuur|427x427px|Elementvolgorde te gebruiken in naamgeving van binaire verbindingen. De edelgassen zijn naar links verplaatst en H staat tussen groep 15 en 16. De pijl vertrekt bij F en eindigt bij Rn, en doorloopt elke groep van het lichtste tot het zwaarste element en alle groepen van rechts naar links. De lanthanoïden en actinoïden worden als deel van groep 3 gezien. Voor stoffen die uit twee atoomsoorten bestaan, wordt de volgorde bepaald via de hiernaast weergegeven figuur. Het element dat eerst door de pijl bereikt wordt, wordt gezien als meest elektronegatief en staat als tweede in de formule.

Bijv. SO2, HI, Y2O3, IF5, C2H4, XeF2.

Veralgemeend deelt men alle onderdelen in de formule op in elektropositief en elektronegatief. Eerst noemt men in alfabetische volgorde de symbolen van de elektropositieve elementen, daarna die van de elektronegatieve elementen, ook in alfabetische volgorde.

Bijv. PCl3O, FeO(OH), KMgF3, [Co(NH3)6]Cl(SO4).

Anorganische oxozuren Eerst staan de zure waterstofatomen, dan volgen het centraal atoom, de niet-afsplitsbare waterstofatomen en de zuurstofatomen.

Bijv. HBrO3 (broomzuur), H2PHO3 (fosfonzuur).

Substituenten Is één of meerdere waterstoffen in een hydride of koolwaterstof vervangen door een substituent, dan noteert men eerst de resterende waterstofatomen en nadien de substituenten in alfabetische volgorde.

Bijv. CH2BrCl, CH3C(=O)OR', PHEt(OMe).

Complexen Eerst wordt eerst het centrale atoom genoemd, daarna de liganden in alfabetische volgorde.

Bijv. [Co(CN)5H]3−, [PtCl(NH2Me)(NH3)2]+, [Al(OH2)6]3+.

Additieproducten Samenstellingen van meerdere formules worden in toenemend aantal geordend, en daaronder alfabatisch. Water wordt altijd als laatste genoemd. Tussen de verschillende formules staat een hoge punt.

Bijv. Na2SO4·10H2O, CaCl2·8NH3, Al2(SO4)3·K2SO4·24H2O.

Polymeren De eenheid die n keer herhaald wordt staat tussen doorstreepte ronde haakjes.

Bijv. ( CH2 ) n (polyetheen), ( C(CH3)(COOCH3)CH2 ) n (polymethylmethacrylaat).

Faseaanduiding Met behulp van de faseaanduidingen (s) = solid = vaste stof, (l) = liquid = vloeistof, (g) = gas en (aq) = aqua = water achter de molecuulformule kan de aggregatietoestand van een stof worden aangeduid.

De aggregatietoestand volgt zonder spatie op de chemische formule.

Voorbeeld N2O4(g)

Een molecuul distikstoftetraoxide: twee stikstofatomen met vier zuurstofatomen in de gasfase.

Categorie:Chemische formules en nomenclatuur

Chemische formule

Bron en licentie