Druhy vzorců, vaznost

Poznámka k videu

Druhy vzorců

V organické chemii se nachází mnoho sloučenin, které jsou typické svými vlastnostmi, reaktivitou, strukturou a prvkovým složením. Tyto skutečnosti daly za vnik několika možnostem, jak dané látky lze vyjádřit. Následně uvedeme vždy druhy vzorců, co nám říkají a příklad pro lepší představu:

Empirický (stechiometrický) vzorec – druhý název je pro naše účely názornější. Hovoří o stechiometrii, jak jistě už víte, u chemických rovnic se nám také vyskytuje pojem stechiometrie. U rovnic určuje poměr reagujících látek, např.: 2 molekuly X reagují s 1 molekulou Y (poměr 2:1), tak u vzorců vyjadřuje poměrové zastoupení prvků ve struktuře. Tyto vzorce se zapisují do složitých závorek {…}. V organické chemii se často nevyskytují kvůli jejich nejednoznačnosti: jeden vzorec zahrnuje mnoho struktur. Jako příklad postačí následující ukázka:

Sumární (molekulový) vzorec – je uváděn mnohem častěji oproti empirickému. Název opět napovídá, že bude vyjadřovat sumu (přesné množství) zastoupení prvků v molekule. Je zde posun v tom, že čtenář má představu, kolik atomů daná látka bude obsahovat, přesto jeden sumární vzorec může (ale nemusí) vyjadřovat více struktur. Je opět nejednoznačný, ale oproti empirickému mnohem méně.

Racionální (funkční) vzorec – reflektuje přítomnost funkčních skupin, což jsou tzv. "centra vlastností" organických molekul. Představuje jednodušší formu strukturního vzorce. Funkční skupiny mohou být vyjádřeny dvojím způsobem pro přehlednost:

1. kulatou závorkou: $C_6H_5(OH)$ – fenol

2. vazebnými pomlčkami: $CH_3CH_2-OH$ nebo $CH_3-CH_2-OH$

Strukturní (konstituční) vzorec – vystihuje typy a rozložení vazeb v molekule. Často je zjednodušován z časových důvodů: zápisem pouze struktury vazeb uhlíků a vazeb funkčních skupin, každý záhyb (ostré místo) označuje atom uhlíku, $C$ ani $H$ se nezapisují, s výjimkou heteroatomů s příslušným počtem vodíků a zmiňovaných funkčních skupin!

Strukturní elektronový vzorec – je podtypem strukturního vzorce s vyznačenými volnými valenčními elektrony na jednotlivých atomech. Často se využívá pro vyjádření mechanismu organické reakce. Často se volné elektronové valenční elektrony vyskytují u heteroatomů jako kyslík, dusík, síra… a označovány jsou nejčastěji čárkou u příslušného atomu prvku.

Geometrický vzorec – vyjadřuje prostorové uspořádání molekul. Roli na prostorovém uspořádání mají především nespárované elektronové páry a násobné vazby.

Vaznost

Udává počet kovalentních vazeb, které jsou tvořeny určitým prvkem. V organické chemii, chemii uhlíku, se samozřejmě vaznost soustřeďuje na tento prvek. Ohledně vaznosti je nutné využít periodickou soustavu prvků (PSP), poněvadž z ní můžeme mnohé vyčíst.

Periodická soustava prvků (PSP) – zařazení uhlíku.

Na přiloženém obrázku PSP můžete vidět, že uhlík patří do IV.A skupiny, tudíž má 4 valenční elektrony. Následně patří do 2. periody (řádku) a elektronová konfigurace uhlíku vypadá následujícím způsobem:

(červeně zvýrazněny valenční elektrony podílející se na vzniku vazeb)

V organické chemii je uhlík vždy 4vazný! Jelikož má limitovaný počet orbitalů (2. perioda), nemá v excitovaném stavu (stav o vyšší energii, elektron přechází do energeticky vyššího orbitalu) žádný volný orbital pro vytvoření koordinačně-kovalentní vazby. Nejzákladnějším uhlovodíkem a organickou látkou je methan ($CH_4$). Uhlík je zde 4vazný a vodík 1vazný. Geometricky tvoří pravidelnou strukturu tetraendru (čtyřstěnu).

Dále se můžete nejčastěji setkat v organické chemii s heteroatomy jako kyslík (2vazný), dusík (3vazný), halogeny (1vazné), síra (2vazný) a jiné. Opět se odkazuji na PSP a vysvětlení vaznosti spočívá na umístění prvku v tabulce: v jaké je skupině (tolik valenčních, "vazbuvytvářející", elektronů), v jaké se vyskytuje periodě (takový nejvyšší hlavní kvantové číslo orbitalů). Zde je zřetelně vidět, že obecná, anorganická a organická chemie nejsou separované pojmy. Ba naopak spojené nádoby, kdy znalost zákonitostí v obecné chemii vám mnohdy napomůže pochopit různé spojitosti například v organické chemii.