化学式_走词

化学式（chemical formula）是借助元素符号、数字以及其他符号，例如括号、加号(+)、减号(-)、短线等，来表示化学物质元素组成的式子，化学式分为实验式、分子式、结构式、示性式（结构简式）、键线式以及电子式等几类。

发展历史

道尔顿（John Dalton）在研究原子论的过程中，设计了一套符号来表达自己的学说。因为道尔顿认为简单原子均为圆球形，所以用圆圈代表原子符号，并在图上标注不同的点或者线，以区分原子的种类。但是因为这套系统印刷与书写不便，未被广泛采纳。

化学式

道尔顿原子模型

1813年，贝采里乌斯（Jons Jacob Berzelius）为解决化学元素书写与印刷的困难，开始使用元素符号加数字的方式来表达分子的化学式。他将每种元素的拉丁文名称开头的1-2个字母作为元素符号，例如 N——nitrie、O——oxygen、P——plumbum。同时，贝采里乌斯规定，每一个元素符号在化学式中代表一个原子，在元素符号旁边标明数字代表该原子的数量，这一化学式表示方式被沿用至今。

化学式

贝采里乌斯论文，左上角阐述命名方式

主要类型

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实验式

实验式（empirical formula）也称简式、最简式，有时也被泛称为“化学式”，是用元素符号来表示组成化学物质的元素以及各元素数量比的方式，也是表示化学物质元素组成最简单的方式。例如，苯的实验式是CH，氯化钾的实验式是KCl。

实验式仅能表示原子数量比，无法表示物质的状态和结构。例如，NaCl是氯化钠的实验式，仅表示氯化钠晶体中钠和氯的比例是 1:1，不代表氯化钠有分子形式存在。

在有机化学中，相同的实验式有可能代表不同的物质，比如苯和乙炔的实验式都是CH。

分子式

分子式（molecular formula）是表示单质或化合物的一个分子中各元素原子的确切数目的化学式。

相比实验式，分子式可以更清晰地表示一个化合物的原子组成情况。比如，氧气的分子式是O₂，表示一个氧分子由两个氧原子组成；二氧化碳的分子式是CO₂，代表二氧化碳分子由一个碳原子和两个氧原子组成，分子量为44。

结构式

结构式（structural formula）是用于表示化合物分子中，各原子之间排列顺序和结合方式的化学式。相比分子式可以更加清晰地表明原子之间的连接方式和连接关系，比如乙醇和甲醚的分子式相同，均为C₂H₆O，两者无法通过分子式区分，但是在结构式上表现不同。

化学式

乙醇和甲醚的结构式

结构式中连线的不同，代表共用电子对的不同。“—”表示一对共用电子对，“=”表示两对共用电子对，“≡”表示三对共用电子对。例如，氯气的结构式是 Cl—Cl，氮气的结构式是 N≡N，乙酸的结构式是：

化学式

乙酸的结构式

甲烷的结构式是：

化学式

甲烷的结构式

结构式不能准确表示空间构型，如上图甲烷结构式中，五个原子在一个平面，相邻两个氢原子之间的键角为 90°，但甲烷实际是正四面体，碳在中心，氢原子之间的键角为 109°28′。

在涉及到有机化学立体结构时，会分别用虚线代表键在纸平面后，楔形键表示该键在纸平面前，箭头表示配位键，波浪线表示聚合物中省略结构的延伸部分等。

化学式

(S)-(+)-乳酸的立体结构

示性式

示性式（condensed formula）也被称为结构简式，是简化的结构式，主要用于表示有机化合物，一般为在结构式的基础上，省略碳与氢之间的键线，或者将碳氢单键和横向的碳碳单键的键线均省略。

示性式虽然在结构式基础上有所简化，但是可以突出表明化合物中的官能团。例如，乙烯的示性式是 CH₂=CH₂，突出了碳碳双键 C=C；乙酸的示性式是 CH₃COOH ，突出了官能团 -COOH。

键线式

键线式（bond-line formula），也叫拓扑表示式或拓扑构造式，是只用键线来表示有机物结构的一种方式，省略了碳氢键、碳原子及与碳原子相连的氢原子，保留杂原子以及与杂原子相连的氢原子。键线式书写中，两根单键之间或一根双键和一根单键之间的夹角为 120°，一根单键和一根三键之间的夹角是 180°。

化学式

“1-戊烯-4-炔”的键线式

化学式

“2-戊醇”的键线式

电子式

电子式，也称路易斯结构式（Lewis structure fromula），是表示原子或离子最外层电子结构的式子，电子式书写时，在元素符号周围用“·”或“×”表示原子最外层电子数目，书写时先依据元素的原子最外层电子数的多少，用小黑点或叉号在元素符号的上、下、左、右各表示出 1 个电子，之后再将多余的电子与之配对。下图为氯原子、氯气、氯化氢、氯化钠、氢氧化钠的电子式。

化学式

氯原子、氯气、氯化氢、氯化钠、氢氧化钠的电子式

离子的电子式，在阴离子或原子团外加方括弧，并在方括弧的右上角标注离子电荷的电性与带电量，下图是氯离子的电子式和氢氧根离子的电子式。

化学式

氯离子电子式

化学式

氢氧根电子式

阳离子的电子式一般用它的离子符号表示，如 Na⁺、H⁺、Ca²⁺。

特殊情况

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同位素的化学式

表示同位素时，采用在元素符号的左上角标注质量数，同时在左下角表明原子序数。例如

、

分别表示 C 的三种同位素。

有机化学通式

用于表示一系列有机化合物的化学式，该类有机化合物的元素组成遵循某种特定的数量关系，表示这一类物质时，可以用化学通式来指代。例如，链烷烃的通式为

，一元饱和醇的通式为

。

聚合物的化学式

聚合物一般由许多简单的结构单元通过共价键重复键接而成，在方（或圆）括号中书写结构单元（重复单元），括号表示重复连接，n 来代表重复单元数。

化学式

聚氯乙烯化学式

对于两种或以上单体共聚而成的聚合物，其重复单元中有可能会有多个结构单元。例如聚己二酰己二胺的重复单元中，含有两个结构单元。

化学式

聚己二酰己二胺化学式

非整比化合物的化学式

化合物中各元素之间一般有明确的比例关系，但是部分化合物不符合此定律（定比定律），因此在书写化学式时原子的相对数目无法用整数来表示，这类化合物被称为“非整比化合物”。例如，1000℃ 下的 FeO 的化学式中，Fe 的含量在

到

之间变动。Fe 的右下角此时不是整数。

非整比化合物有时也可以用字母表示可变部分，例如：

。

富勒烯衍生物的化学式

金属与富勒烯的结合方式有内嵌和外部附着两种方式，一般用“@”表示内嵌在富勒烯中的金属，比如 M@C₆₀ ，其中 M 表示内嵌在富勒烯中的金属；具有内嵌和外部附着的时候，用（）圈住富勒烯以及内嵌的物质，括号外则用于书写外部附着的物质。比如：K₂(K@C₅₉B)，表示富勒烯60个碳有一个被硼取代，同时内嵌了钾原子，并在外附着有两个钾原子。

书写规则

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一般规则

单质化学式的写法

氧气、氢气等单质，一个分子中有2个原子，化学式为在元素符号右下角写明数字“2”。

稀有气体、金属、固体非金属（碘除外），习惯上用元素符号表示化学式。

化合物的化学式写法

习惯上将金属元素符号或正价元素写在左边，非金属或负价元素写在右边（CH₄、NH₄例外），化合物中正负化合价的代数和为零，在各元素符号下方用数字标出，数量为1的原子不用标明数字。

希尔系统

希尔系统由美国专利商标局的希尔（Edwin A. Hill）与1900年首次出版，该系统给出了编写实验式、分子式和示性式时，不同原子的排列顺序的建议，以解决原有排序习惯，在有机化学中和无机化学中，原子排列方式无法统一的问题。

具体排列规则为：

首先书写碳原子以及碳原子数，之后是氢原子与氢原子数，剩余化学元素的排列顺序按照化学符号的字母顺序排列。
当化学物质中没有碳原子时，各元素按照元素符号的字母顺序排列。

目前，该系统已经成为化学数据库与印刷品中，对化学物质进行索引和排序的最常用系统，并且绝大多数搜索资源不需要区分元素符号的大小写。但是该排序系统并不适用于化学教学与学习中。

希尔系统举例：

示性式	结构式
H₃C(CH₂)₈CH₂NH₂	C10H23N
[(CH₃)₃Si₂]₂NNa	C6H18NNaSi4
C₆H₅COCH₂CH₂CH₃	C10H12O
BrCH₂COOH	C2H3BrO2

参考资料

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