Химическая формула вещества указывает, сколько атомов разных элементов содержится в каждой молекуле данного вещества. Попробуем сравнить молекулу с автомобилем. Пусть короткий и высокий джип имеет столько же двигателей и колес (то есть аналогов атомов), сколько и длинный и приземистый лимузин. Однако их расположение оказывает существенное влияние на ходовые качества и предназначение обоих типов автомобилей. Все молекулы вещества имеют одинаковое количество атомов одного элемента, которые соединены химическими связями, возникающими в результате взаимодействия электронов и атомного ядра. По простой химической формуле сульфата меди (медный купорос), CuSO4, можно сказать, что в этом веществе содержится 1 атом меди (Си), 1 атом серы и 4 атома кислорода (О). В таблице 1.2 приведен перечень некоторых распространенных химических веществ вместе с их химическими формулами.
Таблица 1.2. Химические формулы веществ Вещество Формула Карбонат аммония Нитрат аммония (аммиачная селитра) NH4NO3 Бензол С6Н6 Гидроксид кальция (гашеная известь) Ca(OH)2 Тетрафторид углерода Алдехит коричный Нитрат меди ДДТ (дихлордифенилтрихлорметилметан) С14Н9С15 Оксид фосфора (III) (фосфористый ангидрид) Р203 Фтористый метил CHзF Фруктоза С6Н1206 Этан С2Н6 Вещество Формула Оксид галлия ^203 Дихромат лития Ы2СГ207 Хлорид магния MgCl2 Этандиовая кислота (щавелевая кислота) Н2С204 Перекись водорода Н202 Нитрат калия (селитра) КНОз Хлорид натрия (поваренная соль) ЫаС1 Стеарат натрия С18Н3602На Серная кислота Мочевина С0(НН2)2 Химическая формула вещества указывает точное количество атомов всех элементов, которые образуют молекулу вещества.
Вода имеет химическую формулу Н20, селитра (используется для приготовления фейерверков и удобрений) — КН03, а фруктоза (сладкое вещество, которое содержится во фруктах и меде) — С6Н12°6′ Структурная формула указывает, как расположены отдельные атомы в молекуле вещества.
Структурная формула показывает положение каждого атома и каждой связи. Обычно в такой формуле атомы обозначаются символами элементов, а связи — черточками. Одна линия представляет два электрона, которые используются в одинарной ковалентной связи, а две линии — четыре электрона в двойной ковалентной связи.
Вещества, которые состоят из молекул с одинаковой химической формулой, но разным расположением атомов в молекуле, называются изомерами. На рисунке 1.2 показана химическая формула С2Н60 и два ее изомера с разными структурными формулами. Структурная формула указывает точное расположение атомов в молекуле. Эту формулу можно представить как план расположения футболистов на поле в определенных игровых позициях. В разные моменты игры, например во время атаки, положение игроков может быть разным. Расположение и функции отдельных игроков определяют стиль командной игры. Точно так же расположение и функции отдельных атомов определяют поведение молекулы и физические характеристики вещества, например их способность вступать в химические реакции с другими веществами. На рисунке 1.3 показаны структурные формулы некоторых веществ.
Ученые исследуют структуру молекул, чтобы определить, как они будут себя вести. Структура молекул также сильно влияет на свойства наночастиц.
