Gli elementi chimici sono rappresentati da simboli formati da una lettera maiuscola o da una lettera maiuscola seguita da una lettera minuscola. Solo elementi artificiali possono avere temporaneamente, in attesa di quello definitivo, un simbolo che ne richiama il nome temporaneo composto da una lettera maiuscola seguita da due lettere minuscole. Per esempio, C indica il carbonio mentre Fe indica il ferro. I simboli indicano anche i rispettivi atomi per cui Fe indica un atomo di ferro.
Per conoscere i simboli dei vari elementi basta consultare la tavola periodica degli elementi.
Le formule chimiche
Una formula chimica è una rappresentazione sintetica che descrive quali e quanti atomi compongono una molecola di una sostanza; la formula può limitarsi a questo (formula bruta) oppure indicare anche la disposizione degli atomi nello spazio (formula di struttura).
Formula bruta – Nella formula bruta (detta anche grezza) ogni elemento chimico è identificato con il suo simbolo chimico. Se superiore all’unità, il numero di atomi di ogni elemento presente nella molecola viene indicato con un numero in pedice. Per esempio, il solfato di rame ha formula bruta CuSO4 e tale formula indica un atomo di rame (Cu), uno di zolfo (S) e quattro di ossigeno (O).
La formula bruta che descrive la composizione della molecola (formula bruta molecolare) può essere semplificata in una formula bruta minima nel caso i numeri dei vari atomi avessero un massimo comune divisore. Per esempio il glucosio ha formula molecolare C6H12O6 e la sua formula bruta minima può essere sintetizzata in CH2O.
Per indicare un numero multiplo di atomi o di molecole basta far precedere alla formula un numero: 5HCl indica cinque molecole di acido cloridrico.
Formula di struttura – La formula bruta non consente di rappresentare la struttura della molecola né di differenziare i suoi isomeri. Per esempio C6H12O6 è la formula bruta di tutti gli zuccheri composti da 6 atomi di carbonio (come glucosio, fruttosio e mannosio).
La formula di struttura dà informazioni sui tipi di legami e la disposizione spaziale degli atomi della molecola. Gli atomi vengono rappresentati dai loro simboli e i legami tra essi tramite tratti semplici, doppi o tripli. In funzione dell’informazione che la formula deve trasmettere, questa può rappresentare più o meno fedelmente l’esatta geometria della molecola.
Una formula di struttura permette di distinguere due o più isomeri, cioè due o più sostanze composte dagli stessi elementi nelle stesse proporzioni, ma con atomi disposti spazialmente in modo diverso. Per esempio, l’anidride carbonica ha formula bruta CO2 e formula di struttura O=C=O: i legami fra l’atomo di carbonio e quelli d’ossigeno sono legami doppi.
In chimica organica, le formule di struttura possono essere semplificate e la catena degli atomi di carbonio è rappresentata da una linea spezzata in cui ogni vertice è un atomo di carbonio, omettendo gli atomi di idrogeno, scrivendo esplicitamente solo i legami doppi o tripli, e gli atomi diversi dal carbonio. Per esempio, la formula di struttura dell’acido adipico (la cui formula bruta è C6H10O4) è la seguente:
Se la catena di atomi di carbonio è ciclica, anziché con una linea, la formula di struttura è rappresentata con un poligono regolare, per esempio un pentagono o un esagono.
La formula condensata è un modo alternativo e conciso di indicare la struttura delle molecole, particolarmente utile quando il composto è semplice e non ciclico. Si perde l’informazione spaziale, ma resta quella relativa ai vari legami. Per esempio, la formula condensata del glucosio è CH2OH(CHOH)4CHO.
L’ultimo esempio ci ricorda che gruppi funzionali multipli uguali possono essere raggruppati; per esempio i 3 gruppi CH3 dell’isobutano si rappresentano come (CH3)3CH.
Modelli spaziali – Per essere ancora più chiari si usano modelli tridimensionali. Nell’immagine potete vedere la formula del metano CH4 espressa nel modello spaziale ball and stick e in quello space filling.
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