En kemisk formel används för att beskriva sammansättningen hos atomer, joner, molekyler och salter.

Beskrivningen kan bestå i en simpel beskrivning av proportionerna av de olika atomerna/jonerna i saltet eller molekylen (empirisk formel), en exakt angivelse på hur många atomer som molekylen består av (summaformel), en översiktlig bild på hur strukturen verkligen ser ut (strukturformel) och möjligheten att rita in alla elektroner i denna struktur (lewis-struktur).

En nedsänkt siffra i en kemisk formel indikerar att det finns ett visst antal atomer av detta slag i formeln. En upphöjd siffra med ett plus eller minus efter indikerar laddningen på jonen.

Atomslagens ordning

Något som man sällan brukar ge information är hur atomslagen placeras i en summaformel eller empirisk formel. Det ska vi däremot göra här!

Det finns två olika metoder man använder för att bestämma ordningen på atomslagen i en formel. Den ena är baserad i något som kallas för binär nomenklatur, vilken används främst för oorganiska föreningar (föreningar som inte är kolbaserade). Den andra metoden kallas för Hill-systemet, och används oftast för organiska föreningar.

Nedanstående information kan ses som generella tumregler på den ordning som atomslagen placeras i, och fungerar på i stort sett alla de föreningar man stöter på i gymnasiekemin.

Oorganiska föreningar (binär nomenklatur)

• Det minst elektronegativa ämnet placeras först i formeln, och därefter allting annat i bokstavsordning.
• Om vi har flera katjoner (positiva joner) eller anjoner (negativa joner) placeras dessa i bokstavsordning.
• Ett surt väte (ett väte som kan släppa från molekylen som då är en syra) placeras först i föreningen, men efter positiva joner. Detta väte räknas inte som det minst elektronegativa ämnet i föreningen. Detta är bara relevant när det finns mer än två atomslag i molekylen.
• Molekylära joner skrivs på samma sätt som allt annat. Minst elektronegativa ämnet först, och därefter allt annat i bokstavsordning. Sura väten placeras först i formeln enligt föregående punkt.
• Molekylära joner (joner som består av mer än en atom) rankas enligt det första grundämnet i föreningen vid bokstavsordning.

Ovanstående är dock inte hela sanningen angående ordningen på atomslagen, men den är tillräcklig för att täcka gymnasiekemin.

Vissa föreningar har behållit sina namn efter att regler har dykt upp angående ordningen på atomslagen. Ammoniak NH3NH3 borde egentligen skrivas som H3NH3N om man följer ordningsreglerna, men så sker inte på grund av tradition. Detsamma gäller för ammoniumjonen. Det skrivs som NH+4NH4+, men borde egentligen skrivas som H4N+H4N+ om man hade följt reglerna för ordning på atomslagen.

Exempel

HClHCl Väteklorid (saltsyra). Väte är här det minst elektronegativa atomslaget, och placeras därmed först i formeln.

N2ON2O Dikvävemonoxid (lustgas). Kväve är här det minst elektronegativa atomslaget, och placeras därmed först i formeln.

H2CO3H2CO3 Divätekarbonat (Kolsyra). Vi har här en förening som kan betraktas som ett salt, men är inte ett organiskt ämne då karbonatjonen räknas som ett oorganiskt ämne. Vätena är sura, så de placeras först.

NaHCO3NaHCO3 Natriumbikarbonat. Natrium är en positiv jon, och vätekarbonat är den negativa jonen. Vätet är surt i vätekarbonatjonen, så vätet placeras före karbonatdelen av jonen.

ClFClF Klormonofluorid. Klor som är minst elektronegativt placeras först i formeln.

Organiska föreningar (Hill-systemet)

• I organiska föreningar (föreningar som innehåller kol) placeras alltid C på fösta plats och H på andra plats i formeln.
• Resterande atomslag ordnas i bokstavsordning.

Exempel

CH3ClCH3Cl

CH2ClFCH2ClF

CHBrClICHBrClI

CBrClFICBrClFI

C2H2BrCl2F2C2H2BrCl2F2

Undantag

I en empirisk formel tar man inte hänsyn till strukturell information, utan kör helt på den ordningen som ”reglerna” fastställer.

En summaformel (molekylformel) kan däremot utökas med strukturell information, och man bör även göra detta om möjlighet finns, då detta ger mer information till läsaren. I dessa fall följer man inte prioriteringsregler eller alfabetisk ordning, utan skriver atomslagen på ett sätt som speglar deras struktur eller funktionella grupper. Ättiksyra skrivs exempelvis som CH3COOHCH3COOH istället för C2H4O2C2H4O2.

I dessa fall börjar vi dock att komma in på textbaserade strukturformler, vilket du kan läsa mer om i artikeln om strukturformler.

Empirisk formel

En empirisk formel beskriver förhållandena mellan de olika atomslagen i en molekyl. Den säger dock ingenting om hur stor molekylen är, utan beskriver endast förhållandet mellan atomerna. Ett sätt att få fram dessa värden är genom analytisk kemi då man kan bestämma de relativa beståndsdelarna i molekyler.

Glukos har exempelvis summaformeln C₆H₁₂O₆ men den har den empiriska formeln CH₂O då de nedsänkta siffrorna alla kunde delas med 6.

Hur man räknar med empirisk formel

Många uppgifter angående empirisk formel består i att man får veta hur mycket av varje atomslag som finns i molekylen uttryckt i massprocent. Du ska sedan bestämma empiriska formeln för molekylen.

Lösningsmetod:

1. Förutsätt att du har 100 g av ämnet.

2. Använd massprocenten för att bestämma hur stor massa du har av respektive atomslag.

3. Räkna ut substansmängderna av respektive atomslag.

4. Jämför substansmängderna med varandra genom att dela alla substansmängder med den minsta substansmängden, och få fram förhållandet.

5. Om du inte får fram heltal (exempelvis 1,33 eller 1,5) så kan du multiplicera upp talen i den empiriska formeln tills du har heltal.

Övningsuppgifter

Här finns en övningsuppgift om att beräkna den empiriska formeln för en förening. För att få tillgång till övningsuppgifterna behöver du ett studentkonto eller skolkonto.

Summaformel

En summaformel (även kallad molekylformel) är en exakt angivelse av hur många atomer av varje slag som finns en molekyl av ämnet.

Till skillnad från den empiriska formeln (som enbart anger förhållanden mellan de olika atomslagen), så innehåller summaformeln både information om förhållandena mellan atomslagen och den faktiska mängden av respektive atomslag i ämnet.

En summaformel kan innehålla strukturell information

I en summaformel går det till viss del att inkludera information om strukturen på ämnet. Detta gäller speciellt vid organiska föreningar. Man kan exempelvis separera ut en karboxylsyra-grupp genom att skriva den som på slutet av strukturformeln som -COOH. När man går på detta vis skapar man något som kan kallas för en förenklad strukturformel. Detta går vi igenom mer i de kommande artiklarna.

Hur man räknar med summaformel

Många uppgifter angående summaformel består i att man få veta massprocenten av respektive atomslag i molekylen, samt dess molmassa.

Lösningsmetod:

1. Förutsätt att du har en massa lika stor som molmassan.

2. Använd massprocenten för att bestämma hur stor massa du har av respektive atomslag.

3. Räkna ut substansmängderna av respektive atomslag.

4. Substansmängden är lika med de nedsänkta siffrorna i molekylformeln.

Övningsuppgifter

Här finns en övningsuppgift om hur man räknar med summaformler. För att få tillgång till övningsuppgifterna behöver du ett studentkonto eller skolkonto.

Strukturformel

En strukturformel är en förenklad bild på hur atomer binder kovalent till varandra. Det finns många olika varianter på strukturformler, och i denna artikeln ska vi översiktligt gå igenom de delar som finns med i alla strukturformler.

Det första man behöver veta innan man kan förstå en strukturformel är att alla atomslag motsvaras av en viss förkortning, som du hittar i det periodiska systemet. Om du kollar på ett periodiskt system kan du se vad alla atomer har för en- eller tvåbokstavskod, och även i vilka grupper de ligger.

Olika atomer kan binda olika mycket

Baserat på i vilken grupp atomen ligger i på det periodiska systemet kan man bedöma hur många kovalenta bindningar den kan skapa.

• Atomerna i grupp 1 (alkalimetallerna) brukar inte binda kovalent. Ett undantag är väte (H), som kan skapa en kovalent bindning.
• Atomerna i grupp 2 (alkaliska jordartsmetaller) binder inte kovalent.
• Atomerna i grupp 3-12 (övergångsmetallerna) binder inte kovalent.
• Atomerna i grupp 13 (borgruppen) binder vanligtvis inte kovalent. Ett undantag är bor (B), som kan skapa tre kovalenta bindningar.
• Atomerna i grupp 14 (kolgruppen) binder ofta kovalent. Kol (C) och kisel (Si) skapar vanligtvis fyra kovalenta bindningar.
• Atomerna i grupp 15 (kvävegruppen) binder ofta kovalent. Kväve (N) och fosfor (P) skapar vanligtvis tre kovalenta bindningar.
• Atomerna i grupp 16 (syregruppen) binder ofta kovalent. Syre (O) och svavel (S) skapar vanligtvis två kovalenta bindningar.
• Atomerna i grupp 17 (halogenerna) binder ofta kovalent. Fluor (F), klor (Cl), brom (Br) och jod (I) skapar vanligtvis en kovalent bindning.
• Atomerna i grupp 18 (ädelgaserna) har ett fullt yttre elektronskal, och binder inte kovalent.

Hur en bindning ser ut

För att visa hur atomerna binder till varandra använder man sig raka streck mellan dem.

Ett rakt streck mellan två atomer betyder att det en en enkel kovalent bindning (enkelbindning), som består av totalt två elektroner. I bilden till höger kan du se föreningen etan, vilken bara innehåller enkelbindningar. Kol (C) är en atom som ligger i grupp 14 och därmed kan skapa fyra kovalenta bindningar. Väte (H) kan skapa en kovalent bindning.

Två parallella streck mellan två atomer betyder att det är en dubbelbindning, som består av totalt fyra elektroner. En dubbelbindning innehåller mer energi än en enkelbindning, och kan reagera med andra ämnen på diverse sätt. I bilden till höger kan du se föreningen eten, vilken innehåller en dubbelbindning mellan de två kolatomerna. Då kol totalt kan skapa fyra bindningar, kan den bara binda till två väten då två bindningar redan är upptagna i och med dubbelbindningen.

Tre parallella streck mellan två atomer betyder att det är en trippelbindning, som består av totalt sex elektroner. En trippelbindning innehåller mer energi än en dubbelbindning, och kan reagera med andra ämnen på diverse sätt. I bilden till höger kan du se föreningen etyn, vilken innehåller en trippelbindning mellan de två kolatomerna. Kol kan som tidigare nämnt ha totalt fyra bindningar, och tre är upptagna i trippelbindningen. Den kvarvarande bindningen går till en väteatom.

Grupper komprimeras

Det tar givetvis en hel del tid att skriva ut alla väten i en strukturformel, och av den anledningen komprimerar man ofta väte till att skrivas på samma ställe som kolatomen finns. När man komprimerar väten ser det ut som på bilden till höger. Den övre och undre strukturen beskriver samma förening. Bindningarna mellan kolatomerna finns kvar, men man har stoppat in vätena på ett sätt som de brukar skrivas i reaktionsformler.

Notera att man på kolatomen till vänster skriver vätena till vänster istället för till höger om kolatomen. Detta görs för att få strukturformeln att se mer verklighetstrogen ut, och att man enkelt kan se var kolskelettet tar slut på vänster sida.

Två andra strukturer som ofta förkortas är amingruppen och karboxylgruppen.

Amingruppen förkortas −NH2−��2 om den sitter på ett kol som pekar åt höger, uppåt eller nedåt, och H2N−H2�− om den sitter på ett kol som sitter längst till vänster. I bilden motsvarar R en valfri resterande molekyl.

Karboxylgruppen förkortas −COOH−���� om den sitter på ett kol som pekar åt höger, uppåt eller nedåt, och HOOC−H���− om den sitter på ett kol som sitter längst till vänster.

Även laddning skrivs ut

Det är inte alltid så enkelt att allt är oladdat i en strukturformel. När en atom på något vis blir laddad måste detta skrivas in i strukturformeln.

En laddning uppstår ofta på grund av föreningen är en syra eller bas, och därmed har plockat upp eller gett ifrån sig H⁺, vilket kan göra att vissa atomer blir laddade.

Generellt kan man säga att:

• Om en atom har fler kovalenta bindningar än den vanligtvis ska ha, blir den positivt laddad.
• Om en atom har mindre kovalenta bindningar än den vanligtvis ska ha, blir den negativt laddad.

Påståendena ovan gäller för både syror och baser, men även för andra exempel på föreningar.

I bilden till höger kan du se vad som händer med ättiksyra när den deprotoneras. Det kvarvarande syret har bara en bindning, vilket betyder att den har en mindre än den brukar ha, och därmed är negativt laddat. Laddningen skrivs ut på den atom som är laddad, och i denna bild är det ett minustecken vid syret längst till höger.

På samma sätt blir en atom som har fler bindningar än den brukar ha, positiv. Detta kan enkelt visas genom en basreaktion, där ammoniak tar upp en proton och blir till ammonium. Då kvävet har fyra bindingar istället för dess vanliga tre, blir det positivt laddat. Laddningen skrivs ut som ett plustecken vid kväveatomen.