Fórmula estrutural (com exemplos) - Ciência - 2023

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o Fórmula estrutural É uma representação gráfica das ligações de uma molécula, iluminando 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; ao passo que, 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.

Exemplos de fórmulas estruturais

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, todas são fórmulas estruturais, dedicadas a representar graficamente o máximo de informações possível sobre a estrutura molecular.

São tantos que apenas alguns exemplos simples serão abordados.

Glicose

A imagem superior mostra quatro representações da molécula de glicose. Cada um é uma fórmula estrutural válida; mas 2 (projeção de Haworth) e 3 (projeção de cadeira) tendem a ser 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, torna mais fácil entender sua estereoquímica.Em vez disso, o 1 (projeção de Tollens-Fisher) mostra o caráter linear da glicose antes de converter para sua forma cíclica.

Metano

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 verdade é tetraédrica (fórmula à direita).


Por isso, na fórmula estrutural à direita, as ligações são representadas por cunhas, indicando as posições espaciais relativas de cada átomo de hidrogênio (vértices do tetraedro).

Metanol

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.

Etanol

Agora passamos para o etanol, o próximo álcool da lista. Sua fórmula química ou condensada é CH3CH2OH, que por si só já mostra sua estrutura linear. Para ficar claro, a fórmula estrutural na imagem acima demonstra efetivamente que o etanol é uma cadeia linear ou estrutura.

Se você olhar de perto, os arredores de cada átomo de carbono são tetraédricos.

Frutose

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 o da glicose, sendo ambos, no entanto, açúcares diferentes.

Água

A fórmula química da água é H2Ou, correspondendo além das fórmulas condensadas e moleculares. Tal 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 pode representar por si só.

Aspirina

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 cuidadosamente, chegará à conclusão de que é uma molécula essencialmente plana; ou seja, quase todos os seus átomos "repousam" no mesmo plano, exceto para o grupo metil, CH3, à esquerda, onde o ambiente tetraédrico do carbono é exibido novamente.

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.

Benzeno

Finalmente, 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, já 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 faz 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.

Referências

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8ª ed.). CENGAGE Learning.
  2. Wikipedia. (2020). Fórmula estrutural. Recuperado de: en.wikipedia.org
  3. Nissa Garcia. (2020). Fórmula Estrutural: Definição e Exemplos. Estude. Recuperado de: study.com
  4. Clark Jim. (2012). Desenho de moléculas orgânicas. Recuperado de: chemguide.co.uk
  5. William Reusch. (5 de maio de 2013). The Shape of Molecules. Recuperado de: 2.chemistry.msu.edu