الصيغة الكيميائية ومفهومها

في الواقع يوجد هناك أكثر من 100 عنصر مختلف والذي يتكون من ذرات، ويمكن تقسيم العناصر إلى معادن وغير فلزية، وتستخدم الرموز والصيغ الكيميائية من أجل تمثيل العناصر والمركبات، هناك ما يعرف بالصيغة الكيميائية، وهي عبارة عن عدة أنواع من التعبيرات لتكوين أو تركيب المركبات الكيميائية، ومن الأشكال الشائعة هي الصيغ التجريبية والجزيئية والهيكلية والإسقاطية.

الصيغ الكيميائية

• تذكر أننا نستخدم الرموز الكيميائية للدلالة على العناصر، مثلا يرمز C إلى الكربون ويرمز للأكسجين بالرمز O و Na الصوديوم وهكذا، بالنسبة للجزيء نستخدم الرموز الكيميائية للذرات التي يحتوي عليها لكتابة صيغته، مثلا صيغة أول أكسيد الكربون هي CO، وتخبرك أن كل جزيء من أول أكسيد الكربون يتكون من ذرة كربون واحدة مرتبطة بذرة أكسجين واحدة.

• يجب أن تتوخى الحذر عند كتابة الرموز والصيغ الكيميائية، وكن حذرًا بشأن وقت استخدام الأحرف الكبيرة، مثلا CO يعني جزيء أول أكسيد الكربون لكن Co هو رمز لعنصر الكوبالت.

• الصيغة والصيغ، كلمة “الصيغ” هي صيغة الجمع “الصيغة”، إذا كان لدينا أكثر من صيغة واحدة فإننا لا نقول الصيغة بل نقول الصيغ.

• صيغة المادة هي نفسها دائمًا، حيث أن جميع المركبات تمتلك تركيبة محددة، مثلا يحتوي جزيء الماء دائمًا على ذرتين من الهيدروجين وذرة أكسجين واحدة، ولا يمكن أن يكون جزيء ماء إذا كان لديه أعداد مختلفة من هذه الذرات، كما أن صيغة الماء هي دائمًا H2O.

• الأرقام في الصيغ: تستخدم الأرقام لإظهار متى يحتوي الجزيء على أكثر من ذرة واحدة من العنصر، الأرقام مكتوبة أسفل رمز العنصر، مثلا حامض الكبريتيك يمتلك الصيغة الكيميائية H₂SO_4.

الصيغة العامة

• الصيغة العامة هي نوع من أنواع المعادلة التجريبية، والتي تبين تكوين أي عنصر من المركبات، وكل عضو في الهيدروكربونات مثلا يتكون من عنصر الهيدروجين وعنصر الكربون ودائما عدد ذرات الهيدروجين يكون اثنين أو أكثر من ضعف عدد الكربون، و n تعني “أي رقم” فإن الصيغة العامة لهذه الفئة هي بالتالي C_nH_{2n + 2.}

الصيغة التجريبية

• تتكون الصيغة التجريبية من رموز تمثل عناصر في مركب ما مثل Na للصوديوم و S للكبريت، بالإضافة إلى علامات فرعية تشير إلى العدد النسبي للذرات لكل عنصر مكون، ويتم تمثيل الماء بالصيغة التجريبية H2O مما يدل على أن المادة تحتوي على ذرتين من الهيدروجين (H2) لكل ذرة من الأكسجين (O).

• بعض الصيغ تكون أكثر تعقيدًا، مثلا صيغة كبريتات الصوديوم هي Na2SO4 تخبرك أن كبريتات الصوديوم تحتوي على ذرتين من الصوديوم (Na2) وذرة كبريت واحدة (S) وأربع ذرات أكسجين (O4).

• وتُستخدم عادة الصيغ التجريبية من أجل تمثيل المواد ذات البنية الجزيئية غير المحددة أو المواد غير المكونة من كيانات جزيئية عادية مثلا كلوريد الصوديوم والذي يتكون من أيونات، للتعبير عن التركيب الكيميائي للجزيئات الفردية لمادة يتم استخدام الصيغة الجزيئية، وعلى سبيل المثال تذكر الصيغتان الجزيئيتان C2H4 و C3H6 للإيثيلين والبروبيلين على التوالي عدد ونوع كل ذرة موجودة في جزيء كل مادة، في المقابل كل من الإيثيلين والبروبيلين لهما نفس الصيغة التجريبية CH2 لأن كلاهما يتكون من ذرات كربون وهيدروجين بنسبة 1 إلى 2، وفي بعض الحالات مثل الماء يمكن للصيغ التجريبية والجزيئية للمادة تكون متطابقة.

الصيغة الهيكلية أو البنائية

تحدد الصيغ البنائية مواقع الروابط الكيميائية بين ذرات الجزيء، كما وتتكون الصيغة البنائية من رموز للذرات متصلة بخطوط قصيرة تمثل روابط كيميائية قد يكون خط واحد أو خطان أو ثلاثة خطوط ويرمز إلى الروابط الفردية أو الثنائية أو الثلاثية على التوالي، وعلى سبيل المثال يعد C₂H₆ هي الصيغة الجزيئية للإيثان أما الصيغة البنائية له فهي:

مما يدل على أن المركب يتكون من ذرتين كربون كل منهما مرتبطة بالأخرى وثلاث ذرات هيدروجين بواسطة روابط مفردة، والصيغ الهيكلية مفيدة بشكل خاص لإظهار كيف تختلف المركبات مع نفس النوع وعدد الذرات.

صيغة الإسقاط

صيغة الإسقاط هي عبارة عن تمثيل ثنائي الأبعاد لجزيء يكون في الحقيقة عبارة عن جزيء ثلاثي الأبعاد، كما ويشبه هذا النوع من الصيغ النوع الهيكلي، إذ أنها بالفعل تتضمن الرموز التي تمثل ذرات العناصر المكونة المتصلة ببعضها البعض بواسطة شرطات أو منحنيات ترمز إلى الروابط الكيميائية، ومن خلال ما سبق فإن جزيء الميثان يتم تمثيله بشكل ملائم بواسطة صيغة الإسقاط

تُستخدم صيغ الإسقاط على نطاق واسع في دراسة الأيزومرات الفراغية وهي مركبات لها نفس التركيب، ولكنها تختلف في الترتيب المكاني للذرات التي تتألف منها جزيئاتها، ولقد تم اعتماد اتفاقيات معينة لرسم صيغ الإسقاط، بحيث يمكن تمييز الإيزومرات الفراغية عن بعضها البعض عن طريق الاختلافات المناسبة في صيغها.

المركبات الكيميائية الشائعة

توفر الصيغ الكيميائية طريقة لتمثيل أي مادة كيميائية باستخدام رمز العناصر الموجودة فيها، فيما يلي قائمة بالصيغ الكيميائية لبعض المركبات الكيميائية الشائعة (جنبًا إلى جنب مع أوزانها الجزيئية):