definizione
La formula di struttura di una molecola è un tipo di formula chimica che indica la natura degli atomi che compongono una molecola, descrivendone la disposizione spaziale e come essi sono legati tra loro: il miglior modo di rappresentare, su una superficie piana, la struttura atomica di una molecola; è possibile utilizzare anche un formula condensata, che è un modo alternativo e conciso di indicare la struttura delle molecole, utilizzata in particolare quando si vuole risparmiare spazio.
Mentre la formula bruta (o formula grezza) evidenzia semplicemente gli elementi chimici e il numero di atomi di ciascun elemento che costituiscono la specie chimica in questione, ma non ci fornisce alcuna informazione sulla connettività degli atomi, ovvero sul modo in cui gli atomi sono legati tra loro, le formule di struttura (o formule di costituzione) ci danno la possibilità di conoscere come gli atomi sono legati tra loro.
Se, ad esempio, prendiamo in considerazione il glucosio, la cui formula bruta è C6H12O6, grazie a questa sappiamo che la molecola è formata da sei (6) atomi di carbonio, dodici (12) di idrogeno e sei (6) di ossigeno, ma non conosciamo in che modo i differenti atomi sono in relazione reciproca; la formula di struttura, viceversa ci dice che c’è uno scheletro (catena carboniosa) caratterizzato dalla presenza di un gruppo aldeico in C1, una serie di gruppi ossidrilici sui carboni da C2 a C4 ed infine un gruppo alcolico in posizione C6.
È importante osservare che ad una unica formula bruta possono corrispondere più composti e quindi più formule di struttura:
ad esempio, alla stessa formula bruta C6H12O6 corrispondono composti che presentano formule di struttura diverse, cioè sia a una serie di stereoisomeri definiti generalmente inositolo (vitamina B7) che, dal punto di vista chimico, sono dei polioli carbociclici, sia a differenti esosi isomeri, cioè carboidrati caratterizzati dalla presenza di sei atomi di carbonio, chiamati allosio, altrosio, fruttosio, galattosio, glucosio, idosio, mannosio, psicosio, tagatosio, talosio, spesso epimeri uno dell’altro.
Il limite più grande delle formule di struttura è che non danno informazioni sulla disposizione spaziale degli atomi, in quanto le formule di struttura sono bidimensionali, cioè dispongono gli atomi su un unico piano, mentre nella realtà le molecole hanno forme tridimensionali.
Molte proprietà delle sostanza dipendono dalla geometria delle molecole che la compongono: l’odore e il sapore dei cibi, ad esempio, sono causati dalla forma delle loro molecole, ma anche la polarità, il punto di fusione o il punto di ebollizione sono proprietà che dipendono dalla geometria molecolare.
I legami covalenti, che connettono i differenti atomi, sono legami direzionali e pertanto possono formare tra loro angoli caratteristici che determinano la forma e quindi la geometria della molecola: un legame covalente è un legame chimico in cui due atomi mettono in comune delle coppie di elettroni, perchè gli atomi tendono al minor dispendio energetico possibile ottenibile con la stabilità della loro configurazione elettronica.
La geometria di una molecola può essere prevista applicando la teoria VSEPR (acronimo di «valence shell electron pair repulsion», cioè repulsione delle coppie di elettroni del guscio di valenza): la forma complessiva di una molecola dipende dalle interazioni tra le forze repulsive e attrattive degli elettroni esterni (ovvero gli elettroni di valenza, che sono quelli più distanti dal nucleo, presenti nel suo ultimo livello di energia, ovvero orbitale più esterno), che determinano sia la lunghezza sia l’angolo di legame; questa teoria consente di ricavare la geometria, partendo dal presupposto che le coppie di elettroni esterni tendono a respingersi reciprocamente.
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