8.2. Химические формулы

Химические формулы – это "унифицированная форма изображения и записи информации о составе или о составе и химическом строении различных индивидуальных химических объектов – атомов, радикалов, ионов, молекул или более сложных химических систем". "Химические уравнения и схемы реакций - унифицированная форма изображения и записи информации о химических реакциях и процессах химического взаимодействия". В химии оперируют пятью типами знаков и символов, которые служат для отображения:

• химических элементов;

• состава и состояния химической системы (число атомов, степень окисления, заряд, изотопный состав и т.д.);

• химических связей;

• особенностей химического строения;

• взаимодействия химических систем (в химических уравнениях и схемах реакций).

Все эти типы отображения являются элементами программ профессиональной подготовки химиков, поэтому  для них понятны и не вызывают дискуссий. Каждый химический элемент, как известно, имеет вполне определенный символ. Но в случае, когда требуется описать общие свойства групп элементов, то следует избегать отображения одних и тех же групп разными символами либо символами, совпадающими с символами конкретных химических элементов. Так, при описании общих свойств металлов предпочтительно использовать символ М, а не Me,  поскольку последний в органической химии используют отображения метильного радикала.  Катионы предпочтительно отображать как Kt, а не K, поскольку в последнем случае это символ элемента калия. При ведении подобных «собирательных» символов лучше давать пояснения (экспликации – правила их построения см. выше).

Правила отображения состояния химического элемента представлены на схеме:

Степень окисления
	|
Массовое число-	М	- Заряд иона
Атомный номер-		-Число атомов
	|
Символ элемента

В обозначении ионного заряда арабская цифра предшествует знаку заряда (2-), тогда как в обозначении степени окисления – наоборот, следует за знаком заряда (-2). Если необходимо указать, что изотоп радиоактивен, то вместо массового числа или рядом с ним с левой стороны ставят соответствующий знак (*), например, «*¹³⁷Сs» (или просто «*Сs»). Заряды гидратированных ионов при отображении процессов, происходящих  в растворах, символически показывают точкой для катионов и штрихами для анионов (например, Cu^••, S ). Знаки «частичных» электронных зарядов обозначают строчной греческой буквой «дельта» со знаком «+» или «-»: « +»  и « -»; такой значок в химических формулах ставят над символом соответствующего элемента.

Химические формулы могут быть представлены в виде:

• «валовых» - дается только общее число атомов, составляющих молекулу вещества («С₂Н₆О», «С₂Н₄О₂»): на основании такой записи ничего нельзя сказать о химических свойствах вещества);

• «развернутых», или «рациональных»  - приводится не только общее число атомов, но и  выделяются группы атомов, характерных для этого типа соединений; например, в формуле этилового спирта С₂Н₅ОН выделяется группа атомов «–ОН», которая указывает на принадлежность к спиртам; в формуле уксусной кислоты СН₃СООН выделяется группа атомов «-СООН» - карбоксильная группа, «отвечающая» за кислотные свойства;

• структурные формулы, которые отображают последовательность соединения (а нередко и способ взаимной связи) атомов в молекуле;

• пространственные формулы, изображающие не только последовательность соединения атомов в молекуле, но и ориентацию атомных групп в пространстве.

Взаимодействие химических объектов (химические реакции) отображают с помощью знаков «+» (процессы присоединения и замещения) либо «-» (процессы отщепления,  элиминирования). В зависимости от особенностей протекания химического процесса начальные и конечные продукты реакций связывают знаками «=», направления «>», равновесия «-». В случае многостадийных процессов реагенты указывают над стрелкой, а удаляющиеся продукты – под стрелкой направления; нередко под стрелкой и указывают физические условия протекания процесса (температуру, давления, катализатор и т.д.). Уравнения химических реакций, как и математические уравнения, записывают отдельной строкой и нумеруют в соответствии с вышеизложенными правилами.

Для обозначения типа, механизма и кинетических особенностей реакций используют специальные символы. Так, реакции присоединения – А (Additio), Е – отщепления (Eliminare), S - замещения (Substitutio). Для отображения механизма реакции также используются определенные обозначения: N – нуклеофильные; E- электрофильные и  R – радикальные реакции. Используя  дополнительно цифровое обозначение молекулярности реакций, такая символика позволяет отображать разнообразие химических реакций, в частности:

S_N1 – мономолекулярная реакция нуклеофильного замещения;

S_E2 – бимолекулярная реакция электрофильного замещения;

S_R3 – бимолекулярная реакция радикального замещения.