Chemia posługuje się specyficzną symboliką do opisu cząsteczek i reakcji chemicznych .

Symbole pierwiastków

Symbole pierwiastków pochodzą od ich nazw łacińskich . Część z nich to symbole jednoliterowe (np. H – wodór (Hydrogenium), K - potas (Kalium), N – azot (Nitrogenium), część dwuliterowe (np. Cl – chlor, Au – złoto, Pt – platyna), a pierwiastki nowo odkrywane, te o najwyższych liczbach atomowych mają symbole trzyliterowe (np. Uuq – Ununquadium ).

Symbole pierwiastków używa się w trzech znaczeniach:

• jako ogólny symbol pierwiastka, oznaczający wszystkie atomy danego pierwiastka występujące w przyrodzie ,
• jako symbol pojedynczego atomu danego pierwiastka,
• w równaniach reakcji – jako symbol 1 mola (patrz układ SI ) atomów danego pierwiastka lub też symbol 1 atomu , gdyż równania reakcji można interpretować jako zapis molowy jak i cząsteczkowy.

Symbole jonów i rodników

Jony oznacza się poprzez symbol pierwiastka lub grupy z dodanym w górnym indeksie znaku (+, dla kationów i –, dla anionów ). Znak (+) i (–) oznacza formalnie elementarny ładunek elektryczny , np. Na⁺ – kation sodowy .

Gdy jon posiada wielokrotność tego ładunku dodaje się jeszcze liczbę oznaczającą tę wielokrotność, np. Ca²⁺ – kation wapniowy .

Gdy istnieje jasność, na którym konkretnie atomie w cząsteczce jest zlokalizowany ładunek elektryczny znaki (+) i (–), podaje się bezpośrednio przy tym atomie. Gdy jednak ładunek jest zdelokalizowany w obrębie całej grupy, wstawia się ją w kwadratowy nawias, a znak ładunku podaje się za nawiasem, np. [HCOO]^- – anion mrówczanowy.

Rodniki oznacza się, poprzez dodanie małej kropki z prawej strony symbolu pierwiastka lub grupy, np. O^. – rodnik tlenowy.

Symbole wiązań chemicznych

Wiązania chemiczne we wzorach strukturalnych oznacza się symbolami kresek:

• kreska pojedyncza oznacza pełne wiązanie pojedyncze, kreska podwójna – pełne podwójne i kreska potrójna – pełne potrójne.
• strzałka oznacza wiązanie koordynacyjne, przy czym strzałka jest skierowana w stronę akceptora elektronów
• kreska kropkowana oznacza wiązanie "połówkowe" a dokładniej wiązanie wodorowe lub wiązanie pojedyncze zdelokalizowane; kreska kropkowana nad kreską zwykłą oznacza wiązanie "półtorakrotne", a dokładniej podwójne zdelokalizowane.
• kółko w układach cyklicznych (np. w benzenie ) oznacza występowanie aromatycznego układu wiązań.

Wyjątek od tego stanowią wiązania jonowe, które oznacza się pisząc po prostu (zwykle w kwadratowych nawiasach) oba jony tworzące to wiązanie, np. [Na]⁺[Cl]^-.

Wzory chemiczne

Wzory chemiczne to skrótowy zapis składu atomowego cząsteczek. Rozróżnia się tutaj:

• Wzory sumaryczne proste, w których podaje się prostą listę atomów wchodzących w skład danego związku wraz z ich krotnościami (np. H₂SO₄, zapis Hilla ). Wzór taki jest nazywany wzorem empirycznym, ponieważ może być ustalony na podstawie tylko zbadanej doświadczalnie zawartości wagowej poszczególnych pierwiastków.
• Wzory sumaryczne rozbudowane, uwzględniające elementy faktycznej struktury związku, które mogą mniej lub bardziej dokładnie "rozpisywać" strukturę związku np. CH₃CH₂OH = C₂H₅OH ( etanol ).
• Wzory strukturalne, które przyjmują formę rysunku, gdzie zwykle pokazuje się jak i jakimi wiązaniami są połączone wszystkie atomy w cząsteczce; podobnie jak wzory sumaryczne – spotyka się wzory strukturalne pełne (ze wszystkimi atomami i wiązaniami), oraz wzory strukturalne mniej lub bardziej "skompresowane", w których pewne grupy atomów zastępuje się ich skrótami; ponadto wzory te można rysować tak, aby dobrze oddawały faktyczny układ przestrzenny atomów i kąty wiązań chemicznych lub rysować je "płasko", ignorując faktyczny układ atomów w przestrzeni.
  • We wzorach strukturalnych bardziej złożonych związków organicznych tradycyjnie pomija się całkowicie większość atomów węgla i wodoru występujących w głównym szkielecie cząsteczki; kreski symbolizujące wiązania chemiczne między atomami węgla łączy się bezpośrednio z sobą, przyjmując konwencję, że na wszystkich połączeniach tych kresek występują atomy węgla, zaś atomy wodoru należy domyślnie uzupełnić tak, aby uzyskiwać zawsze czterowiązalny atom węgla; taka konwencja ułatwia znacznie rysowanie wzorów strukturalnych uwzględniających faktyczny, przestrzenny "wygląd" cząsteczki.

Przykłady wzorów chemicznych – metylocykloheksan
1 – prosty wzór sumaryczny, 2 – rozwinięty wzór sumaryczny, 3 – szkieletowy, płaski wzór strukturalny, 4 – szkieletowy, przestrzenny wzór strukturalny, 5 – pełny wzór strukturalny

Do układania związków chemicznych według wzoru sumarycznego może być użyty porządek Hilla , np. BH₃, BaCl₂, CH₄, ClNa, C₂H₄, C₂H₄O₂, C₂H₆, HOT.

Do zapisu struktury molekuł w bazach danych stosuje się także różnego rodzaju systemy przekształcające wzory strukturalne w ciągi znaków, które bezpośrednio mogą być analizowane przez programy komputerowe, m.in Smiles , CML i wiele innych. Te formy zapisu struktury cząsteczek nie są jednak uznawane za wzory chemiczne w tradycyjnym sensie.

Skróty grup

We wzorach bardziej złożonych związków chemicznych stosuje się skróty, oznaczające całe, często powtarzające się grupy chemiczne. Konwencja tych skrótów jest inna w chemii nieorganicznej, metaloorganicznej i organicznej. Skróty te stosuje się często zarówno we wzorach sumarycznych, jak i strukturalnych

Przykład skrótów używanych w chemii organicznej:

• Me – grupa metylowa (CH₃-)
• Et – grupa etylowa (C₂H₅-)
• Pr - grupa propylowa (C₃H₇-)
• Ph – grupa fenylowa (C₆H₅-)

Przykład użycia skrótu:

EtOH = C₂H₅OH ( etanol )

Równania reakcji chemicznych

Równania reakcji chemicznych składają się z trzech części. Po lewej stronie pisze się wzory cząsteczek wchodzących do reakcji (substraty, mogą to być zarówno wzory sumaryczne jaki i strukturalne), przy czym cyfry występujące przed wzorami oznaczają liczby cząsteczek wchodzących do reakcji – lub w innej konwencji liczby moli tych cząsteczek. Potem pisze się strzałkę oznaczającą rodzaj reakcji, a za nią podaje się wzory i liczby cząsteczek powstających w wyniku reakcji (produkty).

Strzałki w reakcjach chemicznych mają ściśle określone znaczenie:

• strzałka pojedyncza "→"oznacza reakcję, która w danych warunkach zasadniczo przebiega tylko w jednym kierunku
• dwie pełne strzałki skierowane w przeciwne strony, jedna nad drugą sugerują, że reakcja może w zależności od warunków przebiegać w obu kierunkach
• dwie "półstrzałki" skierowane w przeciwne strony ("⇌") oznaczają reakcję równowagową, tzn. sytuację, w której reakcja może zachodzić na raz w obie strony, a kierunek przemiany jest zależny tylko od proporcji substratów i produktów w mieszaninie (dwóch strzałek z półgrotami nie należy zastępować pojedynczą strzałką z dwoma grotami, która jest zarezerwowana do oznaczania struktur mezomerycznych cząsteczki)
• przy rozpisywaniu reakcji reakcja redoks na poszczególne akty utleniania i redukcji, tradycyjnie stosuje się znak "=" dla podkreślenia, że akty te są tylko zapisem "buchalteryjnym" i nie symbolizują realnie występujących reakcji elementarnych.

Nad i pod strzałkami bardzo często dodaje się skrótowe opisy warunków w jakich zachodzi dana reakcja takie jak temperatura , użyty rozpuszczalnik , katalizator itp. Ponadto, w schematach reakcji stosuje się też strzałki pionowe. Strzałka skierowana do góry oznacza "uciekanie" gazowego produktu reakcji do atmosfery. Strzałka skierowana w dół oznacza "wypadanie" nierozpuszczalnego, stałego produktu z roztworu, w którym zachodziła reakcja.

Bezpośrednio za wzorami substratów i produktów podaje się też czasem w nawiasach symbol stanu skupienia tych związków w momencie rozpoczęcia lub skończenia reakcji, np.: HCl(g) – gazowy chlorowodór , HCl(aq) – rozcieńczony kwas solny , H₂O(s) – woda w formie lodu.

Równania reakcji można traktować dwojako:

• jako zapis przebiegu reakcji "pojedynczych" cząsteczek.
• jako zapis molowy – tzn. opisujący reakcję określonej liczby moli cząsteczek.

Opisy mechanizmów reakcji

Równania reakcji są zazwyczaj bardzo przybliżonymi formami opisu faktycznego ich przebiegu, w których bierze się pod uwagę tylko wyjściowe substraty i końcowe produkty. W rzeczywistości reakcje chemiczne miewają często bardzo złożony przebieg, zwany ich mechanizmem .

Opisy mechanizmów reakcji są zbiorami równań opisujących poszczególne reakcje lub jak się czasami mówi, akty elementarne, których suma prowadzi do zajścia określonej reakcji chemicznej. W równaniach reakcji elementarnych stosuje się te same konwencje strzałek, co w przypadku pełnych równań reakcji. Oprócz tego jednak często stosuje się małe półkoliste strzałki pokazujące skąd i dokąd prawdopodobnie przemieszczają się elektrony, w trakcie zrywania jednych wiązań i powstawania nowych. Zrywanie i powstawanie wiązań symbolizuje się czasem także przez rysowanie kropkowanych linii – podobnych do symboli wiązań "połówkowych", a oznaczających w tym przypadku "moment" zerwania lub powstania wiązania.

Czasami w opisach reakcji elementarnych podaje się także rozłożenie cząstkowego ładunku elektrycznego na poszczególnych grupach lub atomach. Stosuje się w tym celu symbole δ+ i δ- umieszczane bezpośrednio nad symbolami grup lub atomów. Ponadto, gdy ma miejsce zjawisko rezonansu chemicznego pokazuje się w schematach mechanizmów postulowane struktury rezonansowe, które umieszcza się w nawiasach kwadratowych, a między nimi rysuje się pojedynczą strzałkę (↔) zakończoną z obu stron ostrzami. Strzałki tej nie należy mylić z symbolem reakcji równowagowej.

Schematy mechanizmów podaje się czasami w formie listy reakcji elementarnych, lub w formie koła obrazującego faktyczny cykl przemian zachodzących w trakcie reakcji.

Przykłady schematów mechanizmu reakcji

Reakcja sumaryczna (reakcja metatezy przy krzemie)

Schemat mechanizmu reakcji Hecka

Odpowiednimi literami oznaczono następujące reakcje: A - addycja oksydatywna , B - powstanie π-kompleksu , C - β- eliminacja , D - odtworzenie katalizatora.

Zobacz też

• Nomenklatura chemiczna
• Właściwości fizyczne i chemiczne minerałów
• Zapis Hilla