La fórmula estructural de un compuesto químico es una representación gráfica de la estructura molecular, que muestra cómo se ordenan o distribuyen espacialmente los átomos. Se muestran los enlaces químicos dentro de la molécula, ya sea explícitamente o implícitamente. Por tanto, aporta más información que la fórmula molecular o la fórmula desarrollada.[1] Hay tres representaciones que se usan habitualmente en las publicaciones: fórmulas semidesarrolladas, diagramas de Lewis y en formato línea-ángulo. Otros diversos formatos son también usados en las bases de datos químicas, como SMILES, InChI y CML.
A diferencia de las fórmulas químicas o los nombres químicos, las fórmulas estructurales suministran una representación de la estructura molecular. Los químicos casi siempre describen una reacción química o síntesis química usando fórmulas estructurales en vez de nombres químicos, porque las fórmulas estructurales permiten al químico visualizar las moléculas y los cambios que ocurren.
Muchos compuestos químicos existen en diferentes formas isoméricas, que tienen diferentes estructuras pero la misma fórmula química global. Una fórmula estructural indica la ordenación de los átomos en el espacio mientras que una fórmula química no lo hace.
Estructura de la molécula de ácido nítrico , mostrando ángulos y distancia de enlaces.
Fórmulas semidesarrolladas
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Fórmula semidesarrollada
En las primeras publicaciones de química orgánica, cuando el uso de gráficos estaba severamente limitado, surgió un sistema basado en textos para describir las estructuras orgánicas en una línea de texto. Aunque este sistema tiende a fracasar con compuestos cíclicos complejos, sigue siendo una forma útil y simple de representar estructuras sencillas como la molécula de etanol.
Estructuras de Lewis y fórmulas desarrolladas
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Estructura de Lewis
Las estructuras de Lewis[2] y las fórmulas desarrolladas son fórmulas gráficas planas que muestran la conectividad entre átomos, pero a las que falta información sobre la estructura tridimensional de las moléculas. Los diagramas de Lewis son usados sobre todo para moléculas lineales pequeñas o con compuestos inorgánicos.[cita requerida] Una línea sencilla (-) representa un enlace sencillo entre dos átomos o un par de electrones no compartido.
Fórmula desarrollada del etanol.
Dos y tres líneas paralelas (=, ) representan enlaces dobles y triples, respectivamente. Alternativamente, se pueden usar puntos (•) para representar electrón desapareado. Ocasionalmente, sólo se usan puntos y esas estructuras se llaman estructuras de Lewis de puntos.[cita requerida]
Estructuras tridimensionales
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Las fórmulas estructurales son aquellas que muestran adecuadamente una representación tridimensional de la ordenación o distribución de los átomos en la molécula. Requieren el empleo de diagramas con perspectiva, la indicación de ángulos y distancias de enlace, llegando al empleo de modelos moleculares bi y tridimensionales que muestran adecuadamente dicha estructura espacial. Su mayor dificultad reserva estas representaciones para moléculas más complejas, como los compuestos orgánicos, complejos de coordinación y sustancias de interés en Bioquímica.
Existen varios métodos para representar la estructura u ordenación tridimensional de los átomos en una molécula.
Proyección de Fischer
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La proyección de Fischer[3] se usa fundamentalmente para monosacáridos lineales. La columna o eje vertical representa una estructura que se asume estará situada en el plano del papel y a la que se enlazarán los diferentes sustituyentes.
Proyecciones de Newman, de caballete, y modelo molecular de bolas y varillas para el butano.
Proyección de Newman
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La proyección de Newman[4] y la proyección de caballete se usan para representar la estereoquímica o disposición espacial de dos átomos de carbono conectados por un enlace covalente sencillo.
Es útil para derivados del etano y otros compuestos relacionados. En ellos se puede estudiar el fenómeno de la isomería conformacional y la existencia de confórmeros sinclinales, anticlinales, etc.
En las siguientes representaciones de la molécula de butano, C4H10, podemos considerar este compuesto como una molécula de etano con dos grupos metilo en sus extremos.
Proyección de Haworth de la ß-D-Glucosa.
Proyección de Haworth
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La proyección de Haworth se usa para azúcares cíclicos, como las hexosas, que pueden interconvertirse entre una estructura de cadena y una estructura cíclica llamada conformación hemiacetal.[5] Estas proyecciones son las más próximas a la realidad para este tipo de compuestos.
Fórmulas de esqueleto
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Fórmula esqueletal
Las fórmulas de esqueleto o fórmulas de armazón[6] son la representación estándar para moléculas orgánicas más complejas. En ellas no aparecen los átomos de carbono ni los de hidrógeno. Los átomos de carbono (C) se representan como los vértices (esquinas) y terminaciones de segmentos de línea que no están señaladas con ningún otro símbolo de elemento químico. Se supone a la vez que cada átomo de carbono está unido a tantos átomos de hidrógeno como sea necesario para que tenga cuatro enlaces en total. Otros átomos distintos del C y el H o grupos radicales (R) deben escribirse de modo explícito.
Fórmula de esqueleto del isobutanol
o metilpropan-1-olFórmula de esqueleto de la estricnina
mostrando cinco enlaces
por encima del planoAdición de bromo a un alqueno
La quiralidad en las fórmulas de esqueleto se indica por el método de la proyección de Natta. Las líneas en forma de cuña, de color sólido o de línea de puntos, representan enlaces que apuntan por delante del plano del papel o por detrás del mismo, respectivamente. Los segmentos de línea normales representan enlaces en el plano del papel.
Representación de macromoléculas
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La representación de macromoléculas como proteínas o ácidos nucleicos (ADN, ARN) requiere del empleo de diagramas más complejos, más próximos a los modelos moleculares que a las fórmulas químicas.
Véase también
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Enlaces externos
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Referencias
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Las formulas estructurales
Formula condensada
La formula condensada o molecular Indica simplemente la proporción de átomos del compuesto.
En una formula estructural condensada escribimos cada átomo de carbono y sus átomos de hidrógeno unidos como un grupo.Un subindice indica el número de átomos de hidrógeno unido a cada átomo de carbono.
Por ejemplo: La formula condensada del metano es CH4, la del etano es C2H6 y la del propano C4H8 entre muchas otras
Formula Semidesarrollada
Se trata una simplificación de una formula desarrollada en la cual no se representan los enlaces carbono-hidrógeno. Por ejemplo, el octano tiene como fórmula molecular C8H18:
La formula semidesarrollada sería
En esta formula se representan los elementos del compuesto unidos a los átomos del carbono los cuales representan solo los enlaces Carbono – Ion – Carbono. Por ejemplo las formulas semidesarrolladas de los compuestos de formula condensada mencionadas anteriormente son:
Para el CH4 ( metano ) La formula semidesarrollada es CH4
En este caso por tratarse de un solo átomo de carbono la formula molecular y la semidesarrollada son las mismas, no así para el etano y el propano
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Formula Desarrollada
En este tipo de formula se incluyen todos los enlaces Carbono – Ion – Hidrógeno.
H
l
Para el metano la formula desarrollada es: H – C – H
l
H
H H
l l
Para el etano la formula desarrollada es: H – C – C – H
l l
H H
H H H
l l l
Para el propano es: H – C – C – C – H
l l l
H H H
La fórmula molecular es el resultado de átomos con su número real de átomos que forman una molécula [1]. Una fórmula molecular se compone de símbolos y subíndices numéricos; los símbolos corresponden a los elementos que forman el compuesto químico representado y los subíndices son la cantidad de átomos presentes de cada elemento en el compuesto. Así, por ejemplo, una molécula de ácido sulfúrico, descrita por la fórmula molecular H2SO4 posee dos átomos de hidrógeno, un átomo de azufre y cuatro átomos de oxígeno. El término se usa para diferenciar otras formas de representación de estructuras químicas, como la fórmula desarrollada o la fórmula esqueletal. La fórmula molecular se utiliza para la representación de los compuestos inorgánicos y en las ecuaciones químicas. También es útil en el cálculo de los pesos moleculares.
En un sentido estricto, varios compuestos iónicos, como el carbono o el cloruro de sodio o sal común no pueden ser representados por una fórmula molecular ya que no es posible distinguir átomos o moléculas independientes y por ello, solo es posible hablar de fórmula empírica. Ejemplo: NaCl es la fórmula mínima del cloruro de sodio, constituido por iones positivos (Na+) e iones negativos (Cl-) formando una red cristalina tridimensional.
Compuestos comunes
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Ejemplos de ecuaciones
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H2SO4 + Na2CrO4 → CrO3 + Na2SO4 + H2O
Reacción del ácido sulfúrico con el cromato de sodio.
SO3 + SCl2 → SOCl2 + SO2
Síntesis de cloruro de tionilo.
Ca(OH)2 (aq) + Na2CO3 (aq) → 2 NaOH (aq) + CaCO3 (s)
Reacción de doble sustitución.
Química orgánica
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Isomería
Existen una gran variedad de compuestos orgánicos que se componen fundamentalmente de cadenas carbonadas de átomos de carbono (C) que sirven de esqueleto donde se unen o enlazan átomos de hidrógeno (H), aunque también pueden contener átomos de oxígeno (O) y nitrógeno (N), y en menor medida, de fósforo (P), halógenos (F, Cl, Br o I) y azufre (S). Debido a la existencia de isómeros muchos compuestos orgánicos con diferentes estructuras químicas poseen la misma fórmula molecular, por ejemplo la fórmula molecular C9H20 representa a 35 compuestos, aunque sólo 10 de ellos han sido encontrados y se conocen algunas de sus propiedades:
Véase también
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Referencias
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Enlaces externos
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Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre Formulación química.
