Do tejto doby ste s najväčšou pravdepodobnosťou videli niekoľko chemických vzorcov a určitý druh zastúpenia súvisiacich molekulárnych štruktúr. Napríklad jednoduchá molekula oxidu uhličitého alebo CO2 môže byť reprezentovaná ako atóm uhlíka spojený s dvoma atómami kyslíka spojeniami nazývanými dvojité väzby: O = C = O.
Oxid uhličitý, rovnako ako veľa zlúčenín v prírode, má iba jednu formu alebo tvar. To znamená, že vzhľadom na molekulárny vzorec ako je C3H3O3, vedeli by ste ho spojiť s jedinečnou trojrozmernou štruktúrou, dôležitou metabolickou zlúčeninou pyruvátom.
Niektoré vzorce však vedú k viac ako jednému priestorovému usporiadaniu. Zlúčeniny s rovnakým molekulárnym vzorcom, ale rôznymi tvarmi, sa nazývajú izoméry, a pretože ich je vo svete toľko uhľovodíky, učiť sa predpovedať, koľko izomérov druh molekuly nazýva alkán can have je skvelým miestom na spoznanie týchto zložitých zlúčenín.
Čo sú izoméry?
Izoméry sa vyskytujú v dvoch základných typoch. Stereoizoméry sú izoméry, ktoré sa líšia svojim priestorovým usporiadaním, ale majú svoje väzby na rovnakých miestach.
Ak to znie ako rozpor, predstavte si molekuly, ktoré sú zrkadlovými obrazmi; tieto sa nemôžu navzájom superponovať, takže sú odlišné, napriek tomu sú väzby medzi ich príslušnými atómami na zodpovedajúcich miestach. Príkladom sú dve formy aminokyseliny alanín. Nazývajú sa D-alanín a L-alanín, čo znamená „pravý“ a „ľavý“.
Štrukturálne izoméry sú izoméry, v ktorých je väzbová sekvencia atómov odlišná. Na rozdiel od prípadu so stereoizomérmi to môže mať za následok úplne odlišné zlúčeniny (ako v prípade bután a 2-metylpropán, obidva majú vzorec C.4H10) alebo u príbuzných druhov (ako sú veľmi veľké alkány s malými konáre).
Vetvové izoméry sú druhom štrukturálneho izoméru, ktorý sa nachádza v organických molekulách (t.j. tých, ktoré obsahujú uhlík). Uhlík sa môže naviazať na ďalšie atómy uhlíka okrem toho, že sa viaže na atómy vodíka, takže uhlíkový „reťazec“ ohraničený atómom vodíka reťazec rastie dostatočne dlho na to, aby sa atómy mohli vo vesmíre pohybovať voľnejšie, sekundárne uhlíkové reťazce sa môžu objaviť v jednom alebo viacerých bodoch z jedného koniec. Ako možno čakáte, výrazne to ovplyvňuje chemické správanie týchto molekúl.
Čo sú to alkány?
Alkány sú zlúčeniny obsahujúce iba atómy uhlíka a vodíka spojené jednoduchými väzbami. Pretože každý atóm uhlíka môže tvoriť štyri väzby, sú dvere v tejto triede organických zlúčenín otvorené pre množstvo izomérov, ktoré sa nachádzajú v hojnom množstve vo fosílnych palivách.
Najjednoduchším alkánom je metán (CH4), po ktorom nasleduje etán (C.2H6) a propánu (C.3H8). V skutočnosti je vzorec pre všetky alkány CnH2n + 2.
Tento bután ste už videli (C.4H10) má izomér, 2-metylpentán. Toto sú jediné dva izoméry tejto molekuly. C.5H10, na druhej strane, má tri izoméry, zatiaľ čo C6H14 má deväť. Pre alkány neexistuje „vzorec pre počet izomérov reťazca“ a jeho počet rýchlo rastie ťažkopádne (napríklad dekán alebo C10H22, má ohromných 75 izomérov). Namiesto toho by ste mali byť schopní skonštruovať niekoľko z nich s konkrétnym alkánovým vzorcom.
Kalkulačka kombinácie vzorcov izomérov
Príklad programu, ktorý funguje ako kombinovaný generátor pre izoméry, aby ste videli ich príslušnú fyzickú štruktúru v priestore, nájdete v dokumente Zdroje.
Upozorňujeme, že ak sa pokúsite zadať vzorec, pre ktorý neexistuje žiadny izomér, program rýchlo vráti nulový výsledok. Možno budete chcieť experimentovať s nakreslením niektorých z týchto perspektívnych zlúčenín, aby ste zistili, prečo ich vzhľadom na základné princípy chemickej väzby nie je možné vytvoriť.