Kemiallinen kaava

Suhdekaavoiksi sanotaan kemiallisia kaavoja, jotka ilmaisevat kemiallisen yhdisteen atomien määrien suhteen. Suhdekaavasta käytetään joskus myös nimitystä bruttokaava.

Esimerkkejä

1. NaCl

Natriumkloridi eli ruokasuola muodostuu kiteistä, joissa on kiteen koosta riippuen eri määrä natrium- (Na⁺) ja kloridi-ioneja (Cl⁻). Ioneja on kuitenkin aina samassa suhteessa 1:1, joten natriumkloridin kaavayksikkö ja samalla koko yhdisteen kaava merkitään NaCl.

2. H₂O

Vesi koostuu vety- ja happiatomeista suhteessa 2:1, joten sen suhdekaava on H₂O. Sama kaava kertoo myös yhden vesimolekyylin atomien määrän ja on siis myös molekyylikaava.

3. k(CH₂O) ja C₆H₁₂O₆

Glukoosissa on hiili-, vety ja happiatomien suhde on 1:2:1. Sen suhdekaava on siten k(CH₂O), missä k on sopiva kokonaisluku. Tällaista kaavaa sanotaan usein myös empiiriseksi kaavaksi, koska yhdisteen atomimäärien suhde voidaan määrittää kokeellisesti. Glukoosimolekyylissä tiedetään olevan 6 hiiliatomia eli k on 6, joten glukoosin molekyylikaavaksi tulee C₆H₁₂O₆. Glukoosimolekyylejä on kuitenkin useammanlaisia ja joillakin muillakin yhdisteillä voi olla sama molekyylikaava, joten kaava ei kuvaa yhdistettä riittävän tarkasti. Sama molekyylikaava on fruktoosilla, galaktoosilla ja mannoosilla. Yhdisteitä, joilla on sama molekyylikaava sanotaan toistensa isomeereiksi.

4. C₂H₆O

Yllä oleva molekyylikaava voi kuulua kahdelle eri yhdisteelle: etanolille tai dimetyylieetterille. Jotta tiedettäisiin kummasta yhdisteestä on kysymys, kirjoitetaan

• C₂H₅OH tai CH₃CH₂OH etanolille ja
• CH₃OCH₃ dimetyylieetterille.

Etanoli ja dimetyylieetteri ovat siis isomeerejä. Atomin merkintäjärjestyksellä pyritään kuvaamaan molekyylin rakennetta, mutta usein tarvitaan vielä edellistä yksityiskohtaisempia kaavoja, joihin merkitään sidokset viivoilla. Tällaisia kaavoja nimitetään rakennekaavoiksi.

Ioni on hiukkanen, jolla on sähkövaraus ja joka voi koostua yhdestä tai useammasta atomista. Ionin varaus merkitään sen kaavaan kemiallisen merkin tai merkkiyhdistelmän oikeaan yläkulmaan.

Esimerkki

• Na⁺ natriumioni on positiivinen, natriumatomista (Na) yhden elektronin poistuttua syntynyt ioni.
• Fe³⁺ rauta(III)ioni on positiivinen, rauta-atomista (Fe) kolmen elektronin irrottua muodostunut ioni.
• Cl⁻ kloridi-ioni on negatiivinen klooriatomista (Cl) yhden elektronin lisäyksellä syntynyt ioni.
• SO₄^2- sulfaatti-ioni on negatiivinen yhdestä rikkiatomista (S) ja neljästä happiatomista (O) koostuva ioni, jossa on kahden elektronin ylimäärä.

Isotoopit ovat saman alkuaineen erimassaisia atomeja, joiden eroavuus voidaan merkitä kaavaan näkyviin. Merkintätapa riippuu tilanteesta.

Esimerkki

Hiilellä on (C) isotooppi C-12. Luku 12 on tämän hiilen isotoopin massaluku. Samaa isotooppia voidaan kuvata myös kirjoittamalla massaluku kemiallisen merkin vasempaan yläkulmaan, ¹²C. Massaluvun lisäksi kaavaan kirjoitetaan joskus myös järjestysluku kemiallisen merkin vasempaan alakulmaan, ${\displaystyle {}_{\ 6}^{12}{\hbox{C}}}$.