V tem času ste najverjetneje že videli nekaj kemijskih formul in nekakšen prikaz povezanih molekularnih struktur. Na primer, preprosto molekulo ogljikov dioksid ali CO2 lahko predstavimo kot atom ogljika, ki je povezan z dvema atomoma kisika s stiki, imenovanimi dvojne vezi: O = C = O.
Ogljikov dioksid je, tako kot številne spojine v naravi, v samo eni obliki ali obliki. Se pravi, glede na molekulsko formulo, kot je C3H3O3, lahko bi ga povezali z edinstveno tridimenzionalno strukturo, ki je pomembna presnovna spojina piruvat.
Nekatere formule pa povzročajo več kot eno prostorsko ureditev. Spojine z isto molekulsko formulo, vendar različnih oblik, imenujemo izomeri, in ker jih je tako veliko v svetu ogljikovodiki, učenje napovedovanja, koliko izomerov je vrsta molekule, imenovane an alkan lahko ima, je odličen kraj za spoznavanje teh zapletenih spojin.
Kaj so izomeri?
Izomeri so v dveh osnovnih vrstah. Stereoizomeri so izomeri, ki se razlikujejo po prostorski ureditvi, vendar imajo vezi na istih mestih.
Če je to slišati kot protislovje, si predstavljajte molekule, ki so zrcalne slike; teh ni mogoče nalagati neposredno drug na drugega, zato so različni, kljub temu pa so vezi med njunima atomoma na ustreznih mestih. Primer sta dve obliki aminokisline alanin. Ti se imenujeta D-alanin in L-alanin, kar ohlapno pomeni "desno" in "levo".
Strukturni izomeri so izomeri, pri katerih je vezno zaporedje atomov drugačno. Za razliko od primera pri stereoizomerih lahko to povzroči popolnoma drugačne spojine (kot pri butan in 2-metilpropan, oba imata formulo C4H10) ali pri sorodnih vrstah (kot so zelo veliki alkani z majhnimi veje).
Veje izomeri so neke vrste strukturni izomeri, ki jih najdemo v organskih molekulah (tj. tistih, ki vsebujejo ogljik). Ogljik se poleg vezanja na atome vodika lahko veže tudi na druge ogljikove atome, zato je ogljikova "veriga", ki meji na atom vodika, enkrat veriga raste dovolj dolgo, da se atomi prosto gibljejo v vesolju, lahko se sekundarne ogljikove verige pojavijo na eni ali več točkah ene konec. Kot lahko pričakujete, to bistveno vpliva na kemijsko vedenje teh molekul.
Kaj so alkani?
Alkani so spojine, ki vsebujejo samo atome ogljika in vodika, združene v enojne vezi. Ker lahko vsak atom ogljika tvori štiri vezi, so odprta vrata številnim izomerjem znotraj tega razreda organskih spojin, ki jih v fosilnih gorivih najdemo v izobilju.
Najenostavnejši alkan je metan (CH4), čemur sledi etan (C2H6) in propan (C3H8). Pravzaprav je formula za vse alkane CnH2n + 2.
Ta butan ste že videli (C4H10) ima izomer, 2-metilpentan. To sta edina dva izomera te molekule. C5H10ima po drugi strani tri izomere, medtem ko C6H14 ima devet. Za alkane ni "formule verižnih izomerov" in število hitro postane okorno (na primer dekan ali C10H22ima ogromnih 75 izomerov). Namesto tega bi jih morali biti sposobni sestaviti z določeno formulo alkana.
Kalkulator kombinirane formule izomerov
Primer programa, ki deluje kot generator kombinacij za izomere, tako da lahko vidite njihovo fizično strukturo v vesolju, glejte Viri.
Če poskusite vnesti formulo, za katero ni izomera, program hitro vrne ničelni rezultat. Morda boste želeli poskusiti z risanjem nekaterih teh potencialnih spojin, da ugotovite, zakaj jih je glede na osnovna načela kemijske vezi nemogoče ustvariti.