Химическое строение молекулы — это описание расположения атомов и их связей в молекуле вещества. Структура молекулы включает в себя не только расположение атомов, но и информацию о том, какие химические связи между ними существуют (одинарные, двойные или тройные), а также наличие функциональных групп.
Химическое строение органических веществ
Органические вещества, как правило, содержат углерод (C) и водород (H), а также могут включать такие элементы, как кислород (O), азот (N), сера (S), галогены и другие элементы. Химическое строение молекулы зависит от того, как атомы этих элементов соединяются между собой.
Структурные формулы органических соединений показывают не только типы атомов, но и типы химических связей между ними. Формулы могут быть представлены в различных видах:
Молекулярная формула — просто показывает количество атомов каждого элемента в молекуле (например, C2H6 для этана).
Структурная формула — показывает, как атомы связаны между собой (например, для этана: H–C–C–H).
Скелетная формула — упрощенный вид структурной формулы, в котором углеродные атомы часто не показываются, а вместо этого указываются только связи (например, для этана: C–C).
Валентные штрихи в структурных формулах
Валентные штрихи (или «связи») — это линии, которые используются для обозначения химических связей между атомами в молекуле. В органической химии существует несколько типов связей:
Одинарная связь — это простая линия (—), которая означает, что два атома делят одну пару электронов.
Двойная связь — две линии (=), указывающие на то, что два атома делят две пары электронов.
Тройная связь — три линии (≡), показывающие, что атомы делят три пары электронов.
Каждый атом углерода в органической молекуле обычно образует четыре связи (это связано с его валентностью, равной 4). Атомы водорода, в свою очередь, образуют только одну связь, так как их валентность равна 1.
Пример: структурная формула этанола (C2H5OH)
Этанол можно записать в виде:
Молекулярная формула: C2H6O
Структурная формула:
H—C—C—OH
|
H
Здесь показано:
Каждое соединение между атомами углерода и водорода — это валентный штрих, что указывает на связь между этими атомами.
Атомы углерода в молекуле связаны между собой через одну одинарную связь, а также с водородом и гидроксильной группой (OH).
Валентные штрихи и их значение:
Одинарная связь (—): Атомы делят одну пару электронов. Пример — связь углерода с водородом или с другим углеродом в органическом соединении.
Двойная связь (=): Атомы делят две пары электронов. Пример — связь углерода с кислородом в карбонильной группе (C=O).
Тройная связь (≡): Атомы делят три пары электронов. Пример — связь между двумя атомами углерода в ацетилене (C≡C).
Связь между атомами и валентность
Валентность атома показывает, сколько химических связей он может образовать, чтобы удовлетворить правилам октета (для большинства элементов), то есть заполнив внешнюю оболочку электронами до 8. Важно, что атомы образуют химические связи таким образом, чтобы количество электронов в их внешних оболочках стало равным 8 (или 2 для водорода).
Углерод (C) имеет валентность 4, поэтому он может образовывать четыре связи.
Азот (N) имеет валентность 3, поэтому он может образовывать три связи.
Кислород (O) имеет валентность 2, он может образовывать две связи.
Водород (H) имеет валентность 1, и он может образовывать только одну связь.
Таким образом, в молекуле органического вещества атомы углерода будут стремиться к образованию четырех связей, атомы водорода — одной связи, а кислород и азот будут образовывать связи в соответствии со своей валентностью.
Роль валентных штрихов в структурной формуле
Валентные штрихи в структурной формуле показывают, какие атомы и с какими другими атомами соединены, а также, насколько сильна их связь (одинарная, двойная или тройная). Эти штрихи дают информацию о том, как устроена молекула, а также о возможных реакциях вещества.
Пример:
Молекула уксусной кислоты (CH₃COOH) имеет структуру:
Здесь видно, что:
Атомы углерода образуют связи между собой (одинарная связь между первым и вторым углеродом).
Один углерод (в группе —COOH) связан с кислородом через двойную связь (=).
Второй углерод связан с двумя водородами через одинарные связи (—CH₃).
Оставшийся атом водорода связан с углеродом (C—H) и с гидроксильной группой (—OH).
В заключение, валентные штрихи в органических химических структурах показывают связи между атомами, их количество и тип, а химическое строение дает полное представление о том, как молекула устроена.
