Молекулярная формула

Молекулярная формула (также называемая брутто-формулой) используется в химии для обозначения типа и количества атомов в химическом соединении. Если соединение состоит из дискретных молекул, молекулярная формула указывает их состав[1][2]. Однако для таких соединений, как соли, молекулярная формула соответствует формульной единице, указывающей стехиометрический состав. Молекулярная формула часто не то же самое, что простейшая формула, которая определяет наименьшее возможное соотношение чисел атомов химических элементов, входящих в химическое соединение.

Сравнение разных способов описания формул веществ

Вещество	Структурные формулы				Другие способы представления
	Диаграмма Льюиса^[англ.]	Валентная форма	Проекция Натта	Скелетная формула	Рациональная формула	Брутто-формула	Простейшая формула
вода				не существует	не существует	H2O	H2O
метан				не существует	CH4	CH4	CH4
пропан					CH3-CH2-CH3	С3Н8	С3Н8
уксусная кислота					CH3-COOH	С2Н4О2	CH2O

Структура формулы

Молекулярная формула химического соединения состоит из символов химических элементов, а также подстрочных арабских цифр для указания их количества в этом соединении. Количество атомов всегда помещается в виде индекса справа от символа элемента, при этом число «1» не пишется[3]. Т.о, для воды вместо «H₂O₁» указывается «H₂O».

Если соединение состоит из дискретных молекул, молекулярная формула указывает состав молекулы. Молекулярная формула дитиодихлорида — S₂Cl₂, а этана C₂H₆. Простейшие формулы для этих веществ SCl и СН₃ соответственно.

Существуют разные способы упорядочивания элементов в молекулярных формулах. В таблицах и базах данных — особенно для органических соединений — обычно предпочтительнее использовать систему Хилла^[англ.], согласно которой сначала указываются атомы углерода, затем атомы водорода, а затем все остальные атомы, отсортированные по алфавиту. Эта система упрощает поиск соединений, если вы не знаете их название.

Для неорганических соединений часто выбирают другой путь, который учитывает стехиометрический состав соединений: элемент с более высокой электроотрицательностью (обычно правее или выше в периодической таблице) находится справа от элемента с более низким значением электроотрицательности (как в молекулярной формуле, так и в названии вещества). Например, хлорид натрия обозначается как «NaCl», а не «ClNa». В случае комплексных солей сначала указывается катион с центральным атомом и его лигандами, а затем анион с центральным атомом и его лигандами; например, (NH₄)₂SO₄ для сульфата аммония. Неорганические кислоты указываются аналогично родственным солям. Атомы водорода находятся впереди вместо катионов, как в случае H₃PO₄, молекулярной формулы ортофосфорной кислоты. Эти формулы представляют собой формульные единицы для стехиометрических расчетов, но не отображают структуру соединений.

Примеры и особенности

Модель кристалла соли

• В хлориде натрия NaCl мольное соотношение^[нем.] натрия к хлору равно n(Na) : n(Cl) = 1 : 1. Молекулярная формула хлорида натрия ничего не говорит о структуре соединения (см. иллюстрация).
• В оксиде алюминия Al₂O₃ мольное соотношение n(Al) : n(O) = 2 : 3.
• H₂O, молекула воды, состоит из двух атомов водорода (H) и атома кислорода (O) (соотношение 2 : 1);
• H₂SO₄, молекула серной кислоты, состоит из двух атомов водорода, одного атома серы (S) и 4 атомов кислорода (соотношение 2 : 1 : 4).
• В гексане C₆H₁₄ мольное соотношение n(C) : n(H) = 6 : 14 = 3 : 7. Следовательно, простейшая формула молекулы гексана будет C₃H₇. Однако такие формулы не указывают реальное количество атомов в молекуле и поэтому зачастую неоднозначны.

В случае простых соединений молекулярная формула часто совпадает с простейшей, которая использует наименьшие возможные целые числа.

Использование молекулярных формул

Молекулярные формулы также используются при формулировании уравнений химических реакций. Исходные и конечные продукты реакции (реагенты и продукты) в реакционной схеме в неорганической химии обычно указываются в виде молекулярных формул. Они составляют основу стехиометрических расчетов. Молекулярные формулы редко используются в органической химии, так как они почти не содержат информации, важной для протекания реакций с участием органических соединений.

Примечания

1. IUPAC - molecular formula (M03987) (англ.). Дата обращения: 15 ноября 2020. Архивировано 4 марта 2021 года.
2. Hans-Dieter Jakubke, Ruth Karcher (Hrsg.): Lexikon der Chemie. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2001.
3. Brockhaus ABC Chemie, VEB F. A. Brockhaus Verlag Leipzig 1965, S. 433.