Struktuurivalem

Struktuurivalem on keemiline valem, mis näitab lihtsustatult ja piltlikult molekuli moodustavate aatomite vastastikust asetust, aatomitevaheliste keemiliste sidemete iseloomu ja aatomite osalaenguid.

Et aine molekul on ruumiline dünaamiline süsteem, määravad peale aatomite liigi ja arvu molekuli omadusi veel aatomite omavaheline seostatus (sidemed) ja aatomite paigutus üksteise suhtes. Nende aspektide näitamiseks kasutatakse struktuurivalemeid, kus aatomitevahelisi keemilisi sidemeid tähistavad kriipsud.

Struktuurivalemid jagatakse tavaliselt lihtsustatud, graafilisteks, tasapinnalisteks ja ruumilisteks struktuurivalemiteks.

Orgaaniliste ühendite struktuurivalemeid kirjutatakse enamasti ratsionaalsel kujul: lihtsustatud struktuurivalemina (näiteks etanool CH₃CH₂OH või dimetüüleeter CH₃OCH₃ või n-pentaan CH₃(CH₂)₃CH₃ või isopentaan (CH₃)₂CHCH₂CH₃ või neopentaan (CH₃)₄C) või graafilise struktuurivalemina, nagu näidatud järgneval joonisel. Graafilistes struktuurivalemistes näidatakse süsiniku aatomite vahelised kovalentsed sidemed, mille lõikumispunktides olevad süsiniku aatomid ja nende süsiniku aatomitega seotud vesiniku aatomid on juurdemõeldavad, arvestades, et süsinik on neljavalentne. Näiteks pentaani isomeeride, isopreeni ja benseeni nii:

n-pentaan ehk normaalpentaan	Isopentaan ehk metüülbutaan	Neopentaan ehk dimetüülpropaan	Isopreen ehk 2-metüül-1,3-butadieen	Benseen (3 võimalikku struktuurivalemit ja molekuli mudel)

Tasapinnalises struktuurivalemis näidatakse kõigi aatomite vahelisi sidemeid.

Ruumilise struktuurivalemiga on tegu, kui ruumiliste isomeeride (enantiomeeride ehk peegelisomeeride) struktuurivalemites näidatakse tasapinna suhtes ette (kolmnurgaga tähistatud side) ja taha (katkestustega tähistatud side) paigutuvad aatomid (vaata kõrvalolevat joonist).

Struktuurivalemistest kõige vanemad on lihtsustatud struktuurivalemid. Need töötati välja ajal, mil trükitehnilised vahendid piirasid graafiliste vahendite kasutamist trükitekstis ja sellepärast olid eelistatud niisugused esitusmeetodid, mis kasutasid tähti ja numbreid ning olid esitatavad hariliku teksti kujul. Näiteks (CH₃)₂CHOH ehk CH(CH₃)₂OH (2-propanool). Kuigi see süsteem on tsükliliste ainete esitamisel probleemne, kasutatakse seda lineaarsete struktuuride esitamisel laialdaselt tänapäevani.

Graafilised struktuurivalemid on kujunenud standardiks keerukamate orgaaniliste ainete molekulide esitamisel. Esimesena kasutas neid saksa keemik Friedrich August Kekulé, kes avastas lihtsaima aromaatset tsüklit sisaldava aine benseeni struktuuri aastal 1865.

Orgaanilises keemias kasutatakse modifitseeritud struktuurivalemeid, näitamaks ühendi spetsiifikat. Aromaatset tsüklit tähistatakse tihti ringiga tsükli sees. Ainete homoloogiliste ridade ja polümeeride valemites näidatakse sulgudes korduva lüli koostis ja lülide arv alaindeksina. Näiteks CH₃(CH₂)_nCH₃ tähistab normaalsete alkaanide homoloogilist rida, kus n = 1, 2, 3, jne või polüetüleeni, kus n > 1000.

Struktuurimudel on klassikalise struktuurivalemi, st struktuuri esitava graafi täpsustatud esitis, mis elementide a seostatust iseloomustavate binaarmärkide põhjal tõstab esile nende erinevad positsioonid k struktuuris. Positsioonid on graafi struktuuri iseloomustavad atribuudid. Positsioon kujutab endast ekvivalentsusklassi mida rühmateooria aspektist orbiidiks nimetatakse.

Tegemist on süsteemse lähenemisega keemiliste ühendite uurimisel kus erinevad positsioonid alamsüsteemide tähenduse omandavad. Keemilise ühendi erinevad elemendid (aatomid) jaotuvad reeglina erinevatesse alamsüsteemidesse (näiteks benseen). Keerukama struktuuriga ühendite puhul võivad aga ka ühesugused elemendid (aatomid) erinevatesse alamsüsteemidesse kuuluda (näiteks etanool, isobutaan, propaan jt). Süsteemse lähenemise mõte seisneb terviku uurimises selle alamsüsteemide ja nendevaheliste seoste baasil.

Kaks struktuuri on isomorfsed parajasti siis kui nende struktuurimudelid on ekvivalentsed. Isomorfismituvastus ise struktuuri ei tuvasta. Struktuurimudelid avavad täiendava mooduse keemiliste ühendite uurimiseks.

Pildid, videod ja helifailid Commonsis: Struktuur ja nimetus

• Struktuur
• Keemiline struktuur
• Orgaanilise keemia nomenklatuur
• Graafi struktuur