Издавна в химии принято состав всякого вещества записывать сокращенно, с помощью символов и индексов (цифр). Запись в таком виде носит название «эмпирической» формулы. Так, например, состав фосфорной кислоты отражается в таком виде - H3PO4. Из этой записи следует, что молекула фосфорной кислоты состоит из трех атомов водорода, одного - фосфора, и четырех - кислорода. Однако непонятно, каким образом элементы соединены между собой, т.е. информация неполная. Для устранения этого пробела применяется структурная формула вещества.
Такая запись соединения имеет большую информативность, т.к. с ее помощью схематически показано, каким образом и в какой последовательности элементы вещества соединены между собой. При этом каждая ковалентная связь (пара электронов) изображается черточкой и соответствует одной единице валентности.
Например, кислород имеет валентность два, он окружается двумя черточками, водород – валентность один, следовательно, одна черточка, фосфор - пять, пять черточек. На основании такого написания можно предположить химические свойства веществ, их классифицировать и систематизировать.
Структурная формула может записываться в полном и сокращенном виде. При развернутой записи указываются все связи между атомами, а при написании в сокращенном виде - нет.
Наиболее наглядным и значимым является графическое изображение соединений в органической химии. Ведь свойства веществ зависят не только от количества атомов и молекул, но и от порядка их соединения. Это явление получило название «изомерии» (разветвление углеродной цепи).
Структурная формула вещества также указывает на функциональные группы углеводов: алкильная группа – у спиртов, альдегидная – у альдегидов, бензольное ядро – у ароматических соединений. Кроме того, с помощью схематического изображения легко «увидеть» по наличию характерных связей предельные углеводороды - одинарная ковалентная связь. Непредельные: этиленовые - одна двойная связь, диеновые - две двойные связи, тройная – ацетиленовые.
Структурная формула фруктозы является примером пространственной изомерии. Данный углевод имеет такой же количественный и качественный состав, как и глюкоза. В растворах прибывает сразу в нескольких видах. Из графической формулы фруктозы видно, что она содержит кетоновую и гидроксильную группы, т.е. данное вещество обладает «двойственными» свойствами спиртов и кетонов. Также эта формула позволяет установить, что этот кетоноспирт образован остатками циклической а-глюкозы и пентозы (фруктозы).
Таким образом, структурная формула – это графическое изображение вещества, с помощью которого можно узнать о расположении атомов в молекуле с учетом типа связи и их особенностей.
