Хими́ческая фо́рмула — условное обозначение химического состава и, в некоторых случаях, строения веществ с помощью символов химических элементов, числовых и вспомогательных знаков (скобок, тире и т. п.). Химические формулы являются составной частью языка химии и используются при составлении схем и уравнений химических реакций, а также в химической классификации и номенклатуре веществ. Русский химик рассматривал применение химических формул в книге «Химические уравнения…» (1827).

Химическая формула может обозначать или отражать: одну молекулу (а также ион, радикал…) или формульную единицу конкретного вещества; качественный состав: из каких химических элементов состоит вещество; количественный состав: сколько атомов каждого элемента содержит молекула (ион, радикал…) либо каково соотношение атомов или ионов в веществе немолекулярного строения.

Например, формула HNO3 обозначает: одну молекулу азотной кислоты; качественный состав: молекула азотной кислоты состоит из атомов водорода, азота и кислорода; количественный состав: в состав молекулы азотной кислоты входят один атом водорода, один атом азота и три атома кислорода.

В уравнениях химических реакций коэффициенты перед формулами выражают соотношения числа частиц или количеств вещества, выраженных в молях.

Виды В настоящее время различают следующие виды химических формул: . Показывает простейшее целочисленное соотношение атомов химических элементов в веществе. Может быть получена опытным путём через определение массовых долей химических элементов в веществе с применением значений относительной атомной массы элементов. Так, простейшая формула воды — H2O, а простейшая формула бензола — CH (в отличие от C6H6 — истинной, см. далее). Атомы в формулах обозначаются знаками химических элементов, а относительное их количество — числами в формате нижних индексовПри простейшей формуле CH молекулярную формулу можно представить как (CH). При значении x = 2 получаем ацетилен CH, при x = 6 — бензол CH. Такая запись выражает кратность состава, а не наличие в молекуле отдельных структурных групп CH. См.: . (брутто‐формула, молекулярная формула)В ионных кристаллах, например хлорида натрия, нет отдельных молекул NaCl: формула показывает соотношение ионов Na и Cl 1:1. Для таких веществ используют понятия формульной единицы и формульной массы, а не массы отдельной молекулы. Формульная масса NaCl равна сумме атомных масс натрия и хлора и составляет приблизительно 58,44 а. е. м. Моль NaCl имеет массу приблизительно 58,44 г и содержит приблизительно 6,022·10 ионов натрия и столько же хлорид-ионов. См.:  может быть получена для вещества молекулярного строения, если известны его простейшая формула и молекулярная масса. Истинная формула воды H2O, что совпадает с простейшей. Истинная формула бензола C6H6, что отличается от простейшей. Ни простейшая, ни молекулярная формула сами по себе не показывают порядок соединения атомов. Истинная формула показывает точное количество атомов каждого элемента в одной молекуле. Этому количеству отвечает нижний индекс — число после символа соответствующего элемента. Если индекс равен 1, то есть в молекуле присутствует только один атом данного элемента, то такой индекс не указывают. . В рациональных формулах выделяются группы атомов, характерные для классов химических соединений. Например, для спиртов выделяется группа −OH. При записи рациональной формулы повторяющиеся группы атомов могут заключаться в круглые скобки. Количество повторяющихся групп обозначается числами в формате нижних индексов, которые ставятся сразу за закрывающей скобкой. Квадратными скобками выделяют комплексную частицу в формулах комплексных соединений. Например, K4[Co(CN)6] — гексацианокобальтат(II) калияФормулы ионных кристаллов передают соотношение между ионами. Например, в NaCl ионы Na и Cl находятся в соотношении 1:1, а в CaF ионы Ca и F — в соотношении 1:2. Отдельных молекул NaCl и CaF в таких кристаллах нет. См.: В записи K[Co(CN)] катионы K и комплексные анионы [Co(CN)] представлены в соотношении 4:1. Состав соли и обозначение аниона приведены в базах данных: ; . В ионном описании структуры пирита FeS ионам Fe соответствуют дисульфид-ионы S в соотношении 1:1; атомы серы в них связаны ковалентной связью. См.: . Рациональные формулы часто встречаются в полуразвёрнутом виде, когда группы атомов записываются последовательно для отражения порядка их соединения в молекуле. Формула Маркуша представляет собой обобщённую формулу, в которой выделяются общая часть структуры и варианты заместителей, задающие группу альтернативных структур. Она является удобным способом обозначения химических структур в обобщенном виде. Формула относится к описанию целого класса веществ и используется в химических патентах для обозначения групп родственных соединений. Эмпирическая формула. В терминологии ИЮПАК — то же, что простейшая формула; такое же определение дано в «Химической энциклопедии». В «Справочнике химика» (1971) встречается и более широкое употребление: выражение «полуразвернутые эмпирические формулы» используется для записей, передающих сведения о строении соединений. Структурная формула. Показывает порядок соединения атомов в молекуле, а при использовании стереохимических обозначений — также их пространственное расположение. Химические связи между атомами обозначаются линиями (чёрточками). В скелетных формулах символы атомов углерода и связанных с ними атомов водорода обычно не показывают; непомеченные концы и вершины линий обозначают атомы углерода. Для наглядного изображения пространственного строения используют также трёхмерные модели молекул. Длины линий и углы между ними в обычной структурной формуле не обязательно соответствуют реальным длинам связей и валентным углам.

Например, для этанола: Простейшая (эмпирическая) формула: C2H6O Истинная, молекулярная, или брутто-формула: C2H6O Рациональная формула: C2H5OH Рациональная формула в полуразвёрнутом виде: CH3CH2OH Структурная формула (2D): H H │ │ H—C—C—O—H │ │ H H Пространственные модели (3D): Шаро-стержневая модель:

Масштабная модель:

Той же молекулярной и простейшей формуле CHO соответствует и диметиловый эфир — структурный изомер этанола: CH—O—CH.

Существуют и другие способы записи химических формул. Для компьютерного представления структуры используются линейные нотации (SMILES, WLN, ROSDAL, SLN и др.). В персональных компьютерах для работы с химическими формулами также используются специальные программные средства, называемые молекулярными редакторами.

Примечания

См. также Молекулярный граф

Категория:Основные положения и определения в химии