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Eine chemische Formel beschreibt die Zusammensetzung chemischer Verbindungen und kann Informationen über den Aufbau beinhalten. Eine chemische Formel enthält immer Angaben zu den in einer Verbindung enthaltenen chemischen Elementen und zum Zahlenverhältnis der in der Verbindung vorkommenden Teilchen.

Für viele Anforderungen beispielsweise der Stöchiometrie genügen einfache Verhältnisformeln. Die Verwendung der Bezeichnungen der einzelnen Formeltypen ist nicht immer einheitlich geregelt und viele Begriffe werden synonym verwendet. Strukturformeln werden hauptsächlich zur Beschreibung von Molekülen genutzt. Allerdings wird dieser Begriff auch für Ionensubstanzen verwendet, da die Ionen in den Ionenkristallen auch „strukturiert“ sind. Für salzartige Substanzen sollte statt Struktur- oder Summenformel der Begriff Verhältnisformel verwendet werden.

Von den Formeln sind die Atomsymbole (oder Elementsymbole) zu unterscheiden: H für Wasserstoff, Mg für Magnesium, N für Stickstoff. Verbinden sich zwei oder mehrere Atome desselben Elements zu einem Molekül, dann wird das wiederum durch eine (Molekül-)formel gekennzeichnet: H₂ für Wasserstoff, N₂ für Stickstoff, O₃ für Ozon.

Geschichte

Zeichensprache der Alchemisten

Entwicklung der Formelsprache

Jöns Jakob Berzelius

August Kekulé Benzolformel und sein Kongress

Analytik

Die chemische Formel einer Verbindung kann durch verschiedene Analysemethoden ermittelt werden.

Die Formeltypen lassen sich in zwei Gruppen einteilen.

1. Gruppe − Bruttoformeln

Zur ersten Gruppe zählen alle die Formeln, die nur Angaben zum Verhältnis der in der kleinsten Struktureinheit (Molekül, Bau- oder Formeleinheit) befindlichen Teilchen (Atome, Ionen) enthalten.

Natriumchlorid Gittermodell

• Verhältnisformel: H₂O, NaCl, Al₂O₃
• Summenformel, (Bruttoformel, empirische Formel, Analysenformel)
• Substanzformel
• Verbindungsformel
• Molekülformel
• Hill-System: C₂H₄O₂ Essigsäure und Ethylenglykol
• Gruppenformel: CH₃COOH Essigsäure, C₂H₄(OH)₂ Ethylenglykol

2. Gruppe − Strukturformeln

Bei der zweiten Gruppe der Formeln wird die Verknüpfung der Teilchen untereinander und die Ausbildung von Atomgruppen ausgewiesen. In einer Formel lässt sich oftmals der zum Teil komplizierte Bau nicht darstellen. Ausgehend von den Molekülmodellen (Stäbchen- und Kalottenmodelle) wird die Struktur der Verbindungen in der Papierebene dargestellt. Diese Formeln zeigen in unterschiedlichem Umfang Informationen über die Geometrie der Moleküle, über Eigenschaften und Reaktionsverhalten. (org. Salze??)

Formelart	Beschreibung	Beispiele
Strukturformel	zeigt die Verknüpfung der Atome untereinander und die Ausbildung von Atomgruppen
Vereinfachte Strukturformel	alle Atome (außer Kohlenstoffatome), die sich an einem Kohlenstoffatom befinden werden zu einer Gruppe zusammengefasst; Kennzeichnung der Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen als Einfach-, Doppel- oder Dreifachbindung
Skelettformel	Weglassen der an Kohlenstoffatomen gebundenen Wasserstoffatomen; nur Angabe der Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen
Valenzstrichformel	Basierend auf dem Elektronenpaarabstoßungsmodell wird mit einer vereinfachten, planaren Schreibweise versucht, den räumlichen Bau von Molekülen darzustellen

• Konstitutionsformel (Strukturformel im engeren Sinne): zeigt Atomgruppierungen, die die Eigenschaften und Reaktionen der Verbindungen weitgehend prägen (funktionelle Gruppen)
• Konfigurationsformel (Raumformel): Stellung der Atome oder Atomgruppen zueinander
• Konformationsformel: flexible Anordnung der Atome oder Atomgruppen, wenn diese gegeneinander beweglich sind
• Elektronenformel
• Valenzstrichformel
• Keilstrichformel
• Ionenformel
• Komplexformel

• Lewis-Formel
• Haworth-Projektionsformel
• Fischer-Projektionsformel
• Newman-Projektionsformel

Mit einer Chemischen Formel wird in der Chemie die Zusammensetzung eines Stoffes beschrieben.

Meistens im Sinne von Summenformel verwendet.

• Summenformel
• Strukturformel

Siehe auch: Chemische Verbindung, Verhältnisformel, SMILES, WLN

Die chemische Struktur gibt den Aufbau auf molekularer Ebene eines einheitlichen (homogenen) Stoffes wieder. Im Falle eines organischen Moleküls spricht man auch von der Konformation. Zu ihrer Darstellung werden verschiedene chemische Formeln unterschieden:

• Verhältnisformel: Sie setzt sich aus Elementsymbolen und kleinen, tiefgestellten Zahlen (Indizes) zusammen und gibt lediglich das Verhältnis wieder, in dem die einzelnen chemischen Elemente in einer chemischen Verbindung enthalten sind. Dabei werden ganzzahlige Verhältniszahlen verwendet.

Beispiel: Die Verhältnisformel für Benzol ist C₁H₁

• Summenformel: Die Summenformel gibt jeweils die Anzahl der Atome der chemischen Elemente an, die in einer Verbindung enthalten sind. Bei Molekülen wird damit auch die tatsächliche Häufigkeit der Atome verschiedener Elemente im Molekül angegeben. Fälschlicherweise werden viele Formeln von Salzen, die Verhältnisformeln sind, mit Summenformeln verwechselt.

Beispiel: Die Summenformel für Benzol ist C₆H₆

• Strukturformel: Die Strukturformel gibt, neben der Anzahl der verschiedenen Atome in einem Molekül, auch deren Anordnung zueinander wieder, das heißt, sie gibt auch Auskunft über die Art der Atome und die Art ihrer Verknüpfungen (Bindungen), gegebenenfalls auch über Bindungswinkeln und Bindungslängen.

Die Buchstaben stehen für einzelne Atome. Ein Strich entspricht einem Elektronenpaar, das in einer Elektronenwolke/Orbital vorliegt und entweder die Bindung zwischen Atomen ausmacht oder ein so genanntes freies Elektronenpaar ist. Zwei parallele Striche bedeuten entsprechend eine doppelte Bindung.

Weiterhin versteht man unter der chemischen Struktur auch die Lage der Atome im Raum, wie sie beispielsweise aus der Röntgenstrukturanalyse erhalten werden.

weitere Darstellungsmöglichkeiten:

• Lewis-Formel: ohne Berücksichtigung der Bindungswinkel und Bindungslängen werden alle bindenden und nicht-bindenden Elektronenpaare oder einsame Elektronen dargestellt.
• Haworth-Projektionsformel
• Fischer-Projektionsformel
• Newman-Projektionsformel
• Konstitutionsformel
• Strukturcodes: INCHI, SMILES, WLN

Information über die Struktur einer Verbindung ist oft, entsprechend den Regeln der chemischen Nomenklatur, auch in ihrem Namen enthalten.

Literatur

• Römpp kompakt Basislexikon Chemie. Hrsg. von Jürgen Falbe und Manfred Regitz. Bearbeitet von Eckard Amelingmeier u.a. Thieme, Stuttgart/New York 1998, ISBN 3-13-115711-9

Weblinks

• www.giftpflanzen.com Die chemische Zeichensprache - Überschneidung mit Molekülmodellen

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