Kemiallinen kaava

Kemiallinen kaava ilmoittaa kemiallisen yhdisteen koostumuksen eli molekyylin tai kaavayksikön atomit ja niiden määrän. Jokaisella alkuaineella on oma symbolinsa eli kemiallinen merkkinsä, jossa on yksi iso kirjain tai yksi iso ja yksi pieni kirjain. Uusilla, keinotekoisesti valmistetuilla raskailla alkuaineilla kemiallinen merkki on väliaikaisesti kolmikirjaiminen. Kunkin alkuaineen atomien lukumäärä yhdisteessä tai kaavayksikössä ilmoitetaan alaindeksillä.

Suhdekaava ja molekyylikaava

Suhdekaavoiksi sanotaan kemiallisia kaavoja, jotka ilmaisevat kemiallisen yhdisteen eri 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 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 kuusi hiiliatomia, eli tässä tapauksessa k on 6, joten glukoosin molekyylikaavaksi tulee C₆H₁₂O₆. Glukoosimolekyylejä on kuitenkin useammanlaisia. Molekyylikaava ei kuvaa yhdistettä täsmällisesti, sillä sama molekyylikaava voi esiintyä usealla eri yhdisteellä. Glukoosin kanssa sama molekyylikaava on muun muassa 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. Atomien merkintäjärjestyksellä pyritään kuvaamaan molekyylin rakennetta, mutta usein tarvitaan vielä edellistä yksityiskohtaisempia kaavoja, joihin merkitään sidokset viivoilla. Tällaisia kaavoja nimitetään rakennekaavoiksi. Molekyylikaavasta poiketen rakennekaava ilmaisee myös yhdisteen kolmiulotteisen rakenteen.

Ionin kaava

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

Isotoopin kaava

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, ${}_{\ 6}^{12}{\hbox{C}}$.