6.3.2 Molekülsymbole
Moleküle, die aus verschiedenartigen Atomen zusammengesetzt sind, werden grundsätzlich beschrieben und symbolisiert, wie Moleküle einer Atomsorte.
Struktursymbole erhält man, wenn das jeweilige räumliche Strukturmodell des Moleküls auf die Papierebene projiziert wird und die unterschiedlichen Atome anhand der entsprechenden Buchstabensymbole angegeben werden. Je genauer die richtige Struktur aus der symbolischen Information zu entnehmen ist, desto informativer ist das Struktursymbol. Summensymbole erhält man durch Aneinanderreihen der verschiedenen Atomsymbole der Atome, die zum Molekülbau verwendet worden sind. Grundsätzlich kann man sich die Reihenfolge der aufgeführten Symbole selbst aussuchen. In größeren Chemiebüchern und chemischen Enzyklopädien ist die systematische Reihenfolge der Symbole in der Einleitung des Werkes angegeben, damit man Substanzen auf der Grundlage von Summensymbolen auffinden kann.
Die Anzahl der zum Molekülbau verwendeten gleichartigen Atome wird durch einen kleinen Zahlenindex rechts unten am Buchstabensymbol vermerkt. Die Zahl 1 wird dabei meistens weggelassen, weil das Atomsymbol bereits darüber informiert, daß ein Atom dieser Sorte im Molekül eingebaut ist.
Auch hier gilt, daß man aus einem Struktursymbol immer ein Summensymbol durch Abzählen der Atome des Moleküls erhalten kann, nicht aber umgekehrt die Struktur aus einem Summensymbol! Daher sind auch bei Molekülen mit unterschiedlichen Atomsorten die Summensymbole nur mit Vorsicht zu genießen. Letztlich sind sie nur sinnvoll zu verwenden, wenn bei kleineren Molekülen die Struktur hinreichend bekannt ist.
Bilden wir als Beispiel das Struktursymbol und das Summensymbol des Moleküls, das die Kombination von einem C-Atom und vier H-Atomen darstellt. Es heißt Methan-Molekül.
In diesem Molekül sind die H-Atome in den tetraedrischen Raumrichtungen am C-Atom angekoppelt, die H-Atome besetzen die Ecken des Tetraeders (vgl. (1) in Abb. 6.9). Die Projektion dieses Tetraeders führt zum Struktursymbol des Methan-Moleküls: dazu stellt man den Tetraeder mit zwei Kanten parallel zur Papierebene auf und erhält deutlich sichtbar alle vier H-Symbole im ebenen Struktursymbol. Wählt man dagegen die Projektion des auf der Dreiecksfläche stehenden Tetraeders, dann überdeckt das H-Symbol auf der Spitze das zentrale C-Symbol. Das Summensymbol läßt sich direkt aus dem Struktursymbol ablesen: ClH4 bzw. CH4.
Abb. 6.9: Molekülsymbole am Beispiel der Methan- und Cyclohexanstruktur
Als weiteres Beispiel wählen wir den Sechserring aus C-Atomen, den bereits bekannten “Sessel”. In diesem Fall sind an jedes C-Atom gemäß der zwei freien Bindefähigkeiten zwei H-Atome geknüpft, dieses Molekül heißt Cyclohexan (vgl.(2) in Abb. 6.9). Durch Verwendung der Atomsymbole anstelle von Kugeln kann im Struktursymbol weiterhin über die Art der Atome informiert werden. Schließlich erhält man durch Projektion das Struktursymbol als regelmäßiges Sechseck, in dem jede Ecke einem C-Atom entspricht, an das jeweils zwei H-Atome angeknüpft sind. Bei der Variation der Darstellung der Normbindefähigkeiten durch pfeilartige oder punktierte Striche kann man andeuten, welche Atome unterhalb oder oberhalb der Papierebene liegen sollen. Der Phantasie in der Darstellung sind hier keine Grenzen gesetzt: die Information muß nur eindeutig lesbar sein. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß bereits beim üblichen Struktursymbol mit einfachen Bindestrichen die Information “Wanne oder Sessel” verloren geht. Je größer ein Molekül wird, desto schwieriger wird es, seine Struktur in einem zweidimensionalen Struk-tursymbol genügend auszudrücken. Zur genauen Information hilft dann nur noch das Bauen eines räumlichen Modells.
Das Summensymbol des Cyclohexans lautet C6H12: der echten Struktur gegenüber eine traurige Information, unabhängig davon, daß dieses Summensymbol nicht einmal eindeutig für das Cyclohexan steht. Denn mit sechs C-Atomen und 12 H-Atomen kann man auch Moleküle mit noch anderer Struktur bauen. Damit werden wir uns im Kapitel “Isomerie” beschäftigen.
Besondere Beachtung sei der Bedeutung der kleinen Zahlenindizes geschenkt. Sie bedeuten hier 6 C-Atome und 12 H-Atome in einem Molekül. Selbstverständlich ergibt sich aus dieser Anzahl von Atomen das Verhältnis von C- zu H-Atomen von 1 : 2. Es wäre aber völlig unsinnig, das Cyclohexan mit dem Summensymbol CH2 anzugeben! Darin unterscheiden sich die Zahlenindices der Moleküle von denen der Legierungen und Salzkristalle: zu diesbezüglichen Strukturen wird lediglich das Teilchenzahlenverhältnis, also ein Verhältnissymbol angegeben. Dieses Symbol sagt allerdings weder etwas über die Größe eines Legierungskristalls oder Salzkristalls aus, noch etwas über die Anzahl der verknüpften Teilchen. Ein Molekül ist aber ein fertiger, abgeschlossener Atomverband mit genau definierter Anzahl von Atomen, die üblicherweise angegeben werden.
Halbstruktursymbole. Ein Struktursymbol auf das Papier zu bringen ist oft schwierig und langwierig, ein Summensymbol ist leicht zu schreiben, aber dafür wenig informativ.
Abb. 6.10: Halbstruktursymbole an einigen Beispielen
Insofern greift man zu einem Kompromiß, indem man bekannte Teilstrukturen eines Moleküls angibt und diese dann wie beim normalen Summensymbol aneinanderreiht (vgl. Abb. 6.10). Im Beispiel (1) werden modellmäßig drei C-Atome zu einer gewinkelten Kette verbunden, alle noch offenen Bindefähigkeiten mit H-Atomen abgesättigt: Wir erhalten ein Molekül mit dem Summensymbol C3H8, die entsprechenden Substanz wird Propan genannt. Fassen wir die Teilstrukturen an jedem C-Atom zusammen, dann können wir ein Summensymbol CH3CH2CH3 angeben. Für den Kenner ist es dann klar, daß es sich um eine C-Kette mit gebundenen H-Atomen handelt.
Knüpft man im Beispiel (2) zwei C-Atome, bindet an das eine drei H-Atome, an des andere mit einer Doppelbindung ein O-Atom und an die noch übrig bleibende Bindefähigkeit ein O-Atom, das ein weiteres H-Atom gebunden hat, so erhält man ein Molekül der Substanz Essigsäure. Mit dem Summensymbol C2H4O2 kann man eigentlich wenig anfangen, in Teilstrukturen gedacht ist das Halbstruktursymbol CH3COOH, eine für den Kenner brauchbare Information. Hiermit wird die Wichtigkeit herausgestellt, daß alle Varianten der Summensymbole im allgemeinen erst brauchbare Information liefern, wenn sie Aspekte der Struktur enthalten.
Struktursymbole können auch auf eine andere Weise vereinfacht werden, sofern der Empfänger der Information die Vereinfachung kennt. So kann man in einer vereinfachten Schreibweise für C-Ketten, die an ihren freien Bindefähigkeiten nur H-Atome tragen, die Atomsymbole weglassen (vgl. (3) in Abb. 6.10). Man beschreibt dann nur das Gerüst von C-Atomen anhand von Zickzackketten, jeder Ecke und den Endpunkten entspricht ein C-Atom mit den zugehörigen H-Atomen. Wenige andersartige Atome, die anstelle von H-Atomen in das Molekül eingebaut sind, werden dann normal mit Buchstabensymbolen zusätzlich angegeben.
Abb. 6.5: Ebene Flächen von C-Atomen in der Graphitstruktur
