Was ist eine Summenformel?

Eine Summenformel ist eine Möglichkeit, chemische Substanzen darzustellen, in der die genaue atomare Zusammensetzung der Chemikalie gezeigt wird. Es ist eine Formel, die die Arten von Atomen und deren Anzahl angibt, aus denen das Molekül einer reinen Substanz besteht.

In der Summenformel werden die verschiedenen Arten von Atomen durch ihre chemischen Symbole dargestellt, wobei Indizes verwendet werden, um anzugeben, wie oft jedes Atom wiederholt wird. In allen Fällen wird der Index 1 weggelassen.

Welche Stoffe haben eine Summenformel und welche nicht?

Es ist sehr wichtig zu erwähnen, dass Molekularformeln, wie der Name schon sagt, nur für molekulare Verbindungen gelten, d. h. für solche, die aus diskreten Einheiten bestehen, die Moleküle genannt werden, in denen die intramolekularen Kräfte, die die Atome zusammenhalten (dh kovalente Bindungen) sind viel stärker als die Kohäsionskräfte, die Moleküle zusammenhalten.

Summenformeln gelten in diesem Sinne nicht für ionische Verbindungen , da diese nicht von Molekülen, sondern von Ionen gebildet werden. Bei ionischen Verbindungen ist jedes Kation gleichzeitig an mehrere Anionen und nicht an ein bestimmtes gebunden. Aufgrund der Natur der ionischen Bindung gibt es in diesen Verbindungen keine diskrete Einheit aus einem Anion und einem Kation. Es ist jedoch üblich, die Einheiten dieser Verbindungen als Moleküle und ihre empirischen Formeln als Molekularformeln zu bezeichnen, obwohl dies aus chemischer Sicht ein erhebliches Missverständnis ist.

Mit anderen Worten, zu sagen, dass die Summenformel von Natriumchlorid NaCl ist, ist ein Fehler , da Natriumchlorid eine ionische Verbindung ist, keine molekulare Verbindung. Allerdings ist anzumerken, dass auf praktischer Ebene die Verwendung der einen oder anderen Formel genau gleich ist, so dass es aus praktischer Sicht (nie aus theoretischer Sicht!) belanglos ist, diesen konzeptionellen Fehler zu machen.

Andererseits gelten die Summenformeln auch nicht für kovalente Festkörper, also solche, die durch ein ein-, zwei- oder dreidimensionales Netzwerk von Atomen gebildet werden, die durch kovalente Bindungen miteinander verbunden sind. In diesen Fällen gibt es kein einziges sich wiederholendes Molekül in der Verbindung, sondern jeder Kristall ist selbst ein großes Molekül, dessen Gesamtzahl an Atomen variiert. In diesen Fällen wird eine andere Art von Formel verwendet , die als empirische Formel bezeichnet wird .

Nützlichkeit der Summenformel

Molekularformeln sind von großer Bedeutung, da sie Ihnen einen schnellen Überblick über die elementare Zusammensetzung einer molekularen Verbindung ermöglichen, wodurch sich Variablen wie das Molekulargewicht und damit die Molmasse der Substanz sehr schnell und einfach berechnen lassen. Die meisten stöchiometrischen Berechnungen, die Chemiker täglich durchführen, werden mit Molmassen durchgeführt.

Zum Beispiel ist die Summenformel von Kohlendioxid CO ₂ , also entspricht sein Molekulargewicht der Summe des Gewichts von einem Kohlenstoffatom (12.011) und zwei Sauerstoffatomen (jeweils 15.999):

Darüber hinaus erlauben Summenformeln auch die Herstellung stöchiometrischer Beziehungen zwischen den Elementen, aus denen eine Substanz besteht. So können wir im Fall des Wassermoleküls, dessen Summenformel H ₂ O lautet, erkennen, dass auf jedes Sauerstoffatom 2 Wasserstoffatome kommen.

Schließlich erlauben uns Molekularformeln zu bestimmen, wann zwei chemische Verbindungen Isomere voneinander sind. Isomerie ist die Beziehung zwischen zwei chemischen Substanzen, die unterschiedlich oder auf irgendeine Weise voneinander unterscheidbar sind, aber dieselbe Summenformel haben.

Beispielsweise sind Ethanol oder Ethylalkohol und Dimethylether zwei verschiedene organische Verbindungen, die sehr unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften haben (ersteres ist beispielsweise eine Flüssigkeit, während letzteres bei Raumtemperatur ein Gas ist). Beide Stoffe haben jedoch die gleiche Summenformel, nämlich C ₂ H ₆ O, weshalb es sich um Isomere handelt.

Einschränkungen der Summenformel

Summenformeln haben den Nachteil, dass sie nur die Zusammensetzung eines Moleküls zeigen, nicht aber die Konnektivität zwischen den Atomen, aus denen es besteht. Mit anderen Worten, es sagt nicht aus, wie oder in welcher Reihenfolge die Atome gebunden sind, sondern nur, welche Atome vorhanden sind.

Dies beschränkt seine Verwendung auf die im vorherigen Abschnitt erwähnten Anwendungen, ist aber nicht besonders nützlich, um zu verstehen, wie oder warum Moleküle gebildet werden, noch erlaubt es einem, ihre Eigenschaften zu verstehen und zu vergleichen. Es gibt andere Formeln, die manche Leute auch als Molekularformeln bezeichnen und die viel mehr Informationen liefern. Dies ist der Fall bei halbentwickelten Formeln, Strukturformeln, Lewis-Strukturen und anderen. Keines davon ist jedoch wirklich eine richtige Molekularformel.

Summenformel vs. empirische Formel

Eine Formel, die mit der Summenformel verwandt, aber nicht dasselbe ist, ist die Summenformel. Dies stellt die Zusammensetzung einer chemischen Substanz (sei es ionisch oder molekular) dar und zeigt nur die Elemente, aus denen sie besteht, und die minimale Beziehung von ganzen Zahlen, die zwischen all ihren Atomen geschrieben werden kann.

Empirische Formeln entpuppen sich als vereinfachte Version der Summenformel. Mit anderen Worten, die Summenformel ist immer ein ganzzahliges Vielfaches der Summenformel. Beispielsweise ist Wasserstoffperoxid eine Verbindung mit der Summenformel H ₂ O ₂ . Dieses 2:2-Verhältnis zwischen Wasserstoff- und Sauerstoffatomen kann durch einfachere ganze Zahlen dargestellt werden, nämlich 1:1, daher lautet die Summenformel für Wasserstoffperoxid HO.

Summenformel versus halbentwickelte Formeln

Wie bereits erwähnt, zeigen Summenformeln nicht die Konnektivität zwischen den Atomen in einem Molekül. Dafür gibt es entwickelte Strukturformeln oder Lewis-Strukturen. Es gibt jedoch eine Art von Formeln, die einen Zwischencharakter zwischen der Summenformel und der Strukturformel haben, die als halbentwickelte Formel bezeichnet wird.

In diesen Formeln werden die Atome, aus denen ein Molekül besteht, nach ihrer Konnektivität gruppiert, und die Gruppen werden oft in der Reihenfolge geschrieben, in der sie gebunden sind. Diese Formeln sind leicht zu erkennen, da sie manchmal Klammern haben und dasselbe Element mehrmals in verschiedenen Teilen der Formel enthalten können.

Beispielsweise kann Ethanol als C ₂ H ₅ OH dargestellt werden, wobei betont wird, dass es eine erste Atomgruppe (C ₂ H ₅ -) gibt, in der Kohlenstoff und Wasserstoff miteinander verbunden sind, und dann noch eine weitere Gruppe von Atomen (das OH), die daran gebunden ist.

Beispiele für Summenformeln

Die folgende Tabelle zeigt einige Beispiele von Summenformeln für gängige Verbindungen.

Verweise

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