O Fórmula estrutural é uma representação gráfica das ligações de uma molécula, lançando luz sobre sua estrutura, uma vez determinada por métodos espectroscópicos. É a forma mais específica quando se refere a um composto específico, e não a vários isômeros correspondentes à mesma fórmula molecular.
Por exemplo, butano, C4H10, tem dois isômeros: n-butano (linear) e 2-metil-propano (ramificado). A fórmula molecular não faz distinção entre nenhum dos dois; enquanto se recorrermos a fórmulas estruturais, veremos precisamente que uma é linear e a outra ramificada.
O uso de fórmulas estruturais torna mais fácil entender as mudanças que uma molécula sofre durante uma reação química; quais de seus elos são rompidos, como sua estrutura é modificada no processo e ao final dele. Aprender a ler essas fórmulas é o mesmo que prever superficialmente as propriedades das moléculas.
As fórmulas estruturais são representações 2D, embora possam indicar alguns aspectos tridimensionais e geométricos. Quanto mais se investiga a estrutura de um composto, mais refinada e fiel sua fórmula estrutural acaba se tornando. Caso contrário, deixa de fora aspectos essenciais para entender a natureza da molécula.
Índice do artigo
Cada composto possui sua respectiva fórmula estrutural, que pode variar dependendo do tipo de projeção ou perspectiva utilizada. Por exemplo, fórmulas condensadas e esqueléticas, estruturas de Lewis e projeções estereoquímicas são todas fórmulas estruturais, dedicadas a representar graficamente o máximo de informações possível sobre a estrutura molecular..
São tantos que apenas alguns exemplos simples serão abordados..
Quatro representações da molécula de glicose são mostradas na imagem superior. Cada um é uma fórmula estrutural válida; mas 2 (projeção de Haworth) e 3 (projeção de cadeira) são geralmente os mais usados em textos acadêmicos e em publicações.
O 4 tem a vantagem de indicar diretamente quais grupos OH estão acima (cunhas grossas) ou abaixo (cunhas pontilhadas) do anel hexagonal; ou seja, facilita o entendimento de sua estereoquímica. Em contraste, o 1 (projeção de Tollens-Fisher) mostra o caráter linear da glicose antes de converter para sua forma cíclica.
Acima, existem duas fórmulas estruturais do metano, cuja fórmula molecular condensada é CH4. Para quem não tem conhecimento de química, eles poderiam interpretar a fórmula CH4 como se fosse uma molécula com um átomo de hidrogênio no centro.
Mas, na realidade (e necessariamente), as fórmulas estruturais deixam claro que o carbono é o átomo central. Portanto, temos quatro ligações C-H. Observe também que a fórmula à esquerda cria a falsa impressão de que a molécula é plana, quando na realidade ela é tetraédrica (fórmula à direita).
É por isso que na fórmula estrutural à direita as ligações são representadas por cunhas, indicando as posições espaciais relativas de cada átomo de hidrogênio (vértices do tetraedro).
A fórmula estrutural do metanol é praticamente igual à do metano, com a diferença de que possui um H substituído por um OH. Sua fórmula condensada ou química é CH3OH, e o CH molecular4O. Observa-se que também consiste em um tetraedro.
Agora passamos para o etanol, o próximo álcool da lista. Sua fórmula química ou condensada é CH3CHdoisOH, que por si só já mostra sua estrutura linear. Para ter certeza, a fórmula estrutural na imagem acima demonstra efetivamente que o etanol é uma cadeia linear ou esqueleto..
Se você olhar de perto, os arredores de cada átomo de carbono são tetraédricos.
Acima temos a fórmula estrutural da frutose, mais precisamente a projeção de Haworth de seu anel furano (de cinco membros). Observe o quanto a fórmula estrutural revela em oposição à molecular, C6H12OU6, que coincide com a da glicose, sendo ambos, no entanto, açúcares diferentes.
A fórmula química da água é HdoisOu, correspondendo também às fórmulas condensadas e moleculares. Como acontece com o metano, aqueles que não conhecem a molécula de água (e não têm noção de ligações químicas) podem acreditar que sua estrutura é O-H-H; mas a fórmula estrutural na imagem acima esclarece a verdadeira estrutura.
Embora não seja apreciado, os pares de elétrons livres de átomos de oxigênio e hidrogênio desenham um tetraedro ao redor do oxigênio; isto é, a geometria eletrônica da água: tetraédrico. Enquanto isso, os dois átomos de hidrogênio estabelecem um plano semelhante a um bumerangue; isto é, a geometria molecular da água: angular.
Embora a fórmula estrutural da água seja de longe o mais simples dos exemplos discutidos, ela esconde mais segredos e anomalias do que sozinha consegue representar..
Temos uma das primeiras "falhas" das fórmulas estruturais: sua incapacidade de representar o caráter aromático de uma estrutura; que, neste caso, corresponde à aromaticidade do anel de benzeno (hexagonal) da aspirina (acima).
Se você observar esta fórmula com atenção, concluirá que é uma molécula essencialmente plana; ou seja, quase todos os seus átomos "repousam" no mesmo plano, com exceção do grupo metil, CH3, à esquerda, onde o ambiente tetraédrico de carbono é novamente visualizado.
Novamente, a fórmula estrutural fornece muito mais informações do que sua fórmula molecular simples, C9H8OU4; que corresponde a numerosos isômeros estruturais, totalmente diferentes da aspirina.
Para finalizar, temos acima a fórmula estrutural do benzeno. Sua fórmula molecular é C6H6, indicando que ele contém seis átomos de carbono e seis átomos de hidrogênio. Mas não diz nada sobre a verdadeira estrutura do benzeno.
As ligações duplas C = C não são estáticas, uma vez que um par de elétrons, especificamente aquele localizado nos orbitais p de carbono, é deslocalizado dentro do anel. Consequentemente, o benzeno tem várias estruturas de ressonância, cada uma com sua própria fórmula estrutural..
Essa deslocalização é parte do caráter aromático do benzeno, não representado fielmente na fórmula estrutural à esquerda. O mais próximo é substituir as ligações duplas por um círculo (chamado de donut por alguns) para indicar a aromaticidade do anel (à direita da imagem).
E quanto à fórmula esquelética? Este é muito semelhante ao estrutural, diferindo apenas por não representar átomos de hidrogênio; e, portanto, é mais simplificado e mais confortável para representar graficamente. O anel de benzeno à direita seria sua fórmula esquelética.
Ainda sem comentários