Trả lời nhanh
Công thức cấu tạo đầy đủ biểu diễn tất cả nguyên tử và mọi liên kết (kể cả liên kết C–H, O–H) bằng gạch nối. Công thức cấu tạo thu gọn lược bớt các gạch nối với nguyên tử H và gộp nhóm nguyên tử như CH3, CH2, OH, COOH. Cả hai đều cho biết thứ tự liên kết, chỉ khác mức độ chi tiết và độ dài khi viết.
Công thức cấu tạo là gì và vì sao cần nó?
Công thức phân tử chỉ cho biết số nguyên tử mỗi nguyên tố, chẳng hạn C2H6O. Nhưng với cùng công thức này lại có hai chất khác hẳn nhau: etanol (rượu etylic, lỏng, tan vô hạn trong nước) và đimetyl ete (khí ở điều kiện thường).
Điều phân biệt hai chất là thứ tự liên kết giữa các nguyên tử. Công thức cấu tạo ra đời để thể hiện điều đó. Trong hoá học hữu cơ, ta dùng nhiều cách viết khác nhau, tuỳ mục đích: đầy đủ, thu gọn, thu gọn nhất, công thức khung.
Công thức cấu tạo đầy đủ
Đây là cách viết mà mỗi liên kết cộng hoá trị là một gạch nối, mỗi nguyên tử đều xuất hiện. Liên kết đôi vẽ hai gạch, liên kết ba vẽ ba gạch. Nhìn vào là đếm được ngay số liên kết, thấy rõ nguyên tử H gắn vào đâu.
Ưu điểm: không thể hiểu sai, phù hợp khi mới học, khi cần phân tích liên kết hay viết cơ chế phản ứng. Nhược điểm: chiếm nhiều chỗ, các chất mạch dài vẽ rất lâu.
Công thức cấu tạo thu gọn
Ở dạng này ta không vẽ các gạch nối đến H. Mỗi nguyên tử C được viết kèm số H của nó, ví dụ CH3, CH2, CH. Các nhóm chức quen thuộc được viết gộp: –OH, –CHO, –COOH, –NH2. Gạch nối C–C có thể giữ hoặc bỏ đi.
Ví dụ axit axetic: đầy đủ cần vẽ 4 liên kết với H, 1 liên kết C=O, 1 liên kết C–O; còn thu gọn chỉ cần viết CH3COOH (hoặc CH3–COOH).
Bảng so sánh nhanh
| Tiêu chí | Cấu tạo đầy đủ | Cấu tạo thu gọn |
|---|---|---|
| Liên kết với H | Vẽ từng gạch nối | Không vẽ, ghi số H sau C (CH3, CH2…) |
| Nhóm chức | Vẽ từng nguyên tử và liên kết | Viết gộp: OH, CHO, COOH, NH2 |
| Liên kết C–C | Luôn vẽ | Có thể giữ hoặc bỏ gạch |
| Liên kết đôi, ba | Vẽ 2, 3 gạch | Vẫn giữ dấu = hoặc ≡ giữa hai C |
| Độ dài khi viết | Dài | Ngắn gọn, viết trên một dòng |
| Thông tin về cấu tạo | Đầy đủ | Đầy đủ (người đọc tự suy ra liên kết với H) |
| Khi nên dùng | Mới học, phân tích liên kết, cơ chế | Viết phương trình, đề thi, bài tập hằng ngày |
Điểm cần nhớ: hai cách viết cùng một chất, cùng một cấu tạo; thu gọn không làm mất thông tin, chỉ giấu bớt phần dễ suy ra.
Quy tắc viết công thức cấu tạo thu gọn
- Viết mạch carbon chính trên một dòng, theo đúng thứ tự liên kết.
- Mỗi C ghi kèm số H còn lại: C có 4 liên kết, trừ số liên kết với các nguyên tử khác ra thì còn lại là H.
- Liên kết đôi, liên kết ba giữ nguyên dấu = và ≡ giữa hai nguyên tử C.
- Nhánh đặt trong ngoặc ngay sau nguyên tử C mang nhánh: CH3CH(CH3)CH3.
- Nhóm giống nhau gắn vào cùng một C thì dùng ngoặc và chỉ số: (CH3)3CH, (CH3)2CHOH.
Mẹo kiểm tra: sau khi viết xong, đếm lại số C và số H rồi so với công thức phân tử. Nếu lệch, chắc chắn có chỗ viết sai.
Ví dụ chuyển đổi qua lại
| Chất | CTPT | CTCT thu gọn | Mô tả cấu tạo đầy đủ |
|---|---|---|---|
| Metan | CH4 | CH4 | C liên kết với 4 H |
| Propan | C3H8 | CH3CH2CH3 | 3 C liên tiếp; 2 C đầu mỗi C gắn 3 H, C giữa gắn 2 H |
| But-1-en | C4H8 | CH2=CH–CH2–CH3 | Một liên kết đôi C=C ở đầu mạch |
| Etanol | C2H6O | CH3CH2OH | Nhóm O–H gắn vào C |
| Đimetyl ete | C2H6O | CH3OCH3 | Nguyên tử O nằm giữa hai nhóm CH3 |
| Etanal | C2H4O | CH3CHO | Nhóm C(=O)–H ở cuối mạch |
| Axeton | C3H6O | CH3COCH3 | C=O nằm giữa hai nhóm CH3 |
| Isobutan (2-metylpropan) | C4H10 | CH3CH(CH3)CH3 hay (CH3)3CH | C giữa gắn 3 nhóm CH3 và 1 H |
| Etyl axetat | C4H8O2 | CH3COOCH2CH3 | Nhóm este –COO– nối CH3 và C2H5 |
Hai dòng etanol và đimetyl ete là minh chứng rõ nhất: cùng C2H6O nhưng công thức cấu tạo thu gọn khác nhau, nên là hai chất khác nhau (đồng phân).
Còn công thức khung phân tử thì sao?
Với chất mạch dài hoặc có vòng, người ta còn dùng công thức khung: mỗi đầu mút và mỗi chỗ gấp khúc là một nguyên tử C, các H gắn với C được ngầm hiểu, chỉ ghi nguyên tử khác C (như O, N) và H gắn với chúng. Đây là bước "thu gọn" tiếp theo; bạn cần luyện đếm C và H từ hình mới dùng thạo.
Lỗi sai thường gặp
- Thừa hoặc thiếu H: viết CH2 ở đầu mạch ankan (đầu mạch phải là CH3). Hãy nhớ mỗi C đủ 4 liên kết.
- Nhầm công thức phân tử với công thức cấu tạo thu gọn: C2H6O không cho biết đó là rượu hay ete; phải viết CH3CH2OH hoặc CH3OCH3.
- Viết sai nhóm chức: CH3COOH khác CH3OCOH. Nhóm axit là –COOH (C liên kết với O đôi và OH). Với este viết đúng chiều: CH3COOCH3 khác HCOOCH2CH3 dù cùng… chú ý đếm nguyên tử trước khi kết luận.
- Bỏ mất liên kết bội: CH2CH–CH3 là sai; phải là CH2=CH–CH3.
- Cho rằng thu gọn là đổi cấu tạo: CH3CH(CH3)CH2CH3 và (CH3)2CHCH2CH3 chỉ là hai cách viết của cùng một chất.
Luyện tập
Bài 1. Viết công thức cấu tạo thu gọn của propan-2-ol (C3H8O).
Đáp án: CH3CH(OH)CH3. Nhóm OH gắn vào C ở giữa (C số 2). Kiểm tra: C = 3; H = 3 + 1 + 1 + 3 = 8 (tính cả H trong OH); O = 1. Đúng với C3H8O.
Bài 2. Chất CH3CH2COOH khi viết công thức cấu tạo đầy đủ có bao nhiêu liên kết C–H?
Đáp án: 5 liên kết C–H (nhóm CH3 có 3, nhóm CH2 có 2; nhóm COOH không có C–H, H gắn vào O).
Bài 3. Hai công thức CH3CH(CH3)CH2CH3 và (CH3)2CHCH2CH3 có phải hai chất khác nhau không? Công thức phân tử là gì?
Đáp án: Không, đây là cùng một chất (2-metylbutan), chỉ khác cách viết nhánh. Công thức phân tử C5H12 (C: 5; H: 3 + 1 + 3 + 2 + 3 = 12).
Tóm tắt
- Đầy đủ: vẽ mọi nguyên tử và mọi liên kết, rõ nhưng dài.
- Thu gọn: lược gạch nối với H, gộp nhóm, viết trên một dòng, dùng nhiều nhất khi làm bài.
- Cùng một chất thì thông tin cấu tạo không đổi dù viết cách nào; luôn kiểm tra lại số C, H với công thức phân tử.
Câu hỏi thường gặp
Công thức cấu tạo thu gọn là gì?
Là cách viết công thức cấu tạo trong đó lược bớt các gạch nối với nguyên tử H và gộp các nhóm như CH3, CH2, OH, COOH, giúp viết ngắn gọn trên một dòng mà vẫn cho biết thứ tự liên kết.
Công thức cấu tạo đầy đủ và thu gọn khác nhau ở điểm nào?
Công thức đầy đủ vẽ tất cả liên kết (kể cả C–H, O–H), còn công thức thu gọn không vẽ các liên kết với H và viết gộp nhóm chức. Cả hai biểu diễn cùng một chất.
Công thức phân tử có thay được công thức cấu tạo không?
Không. Công thức phân tử chỉ cho số nguyên tử mỗi nguyên tố, nên không phân biệt được đồng phân, ví dụ C2H6O có thể là etanol CH3CH2OH hoặc đimetyl ete CH3OCH3.
Làm sao kiểm tra mình viết công thức cấu tạo thu gọn đúng?
Đếm số nguyên tử C, H và các nguyên tố khác rồi so với công thức phân tử, đồng thời kiểm tra mỗi C đủ 4 liên kết. Nếu lệch số H hoặc thiếu liên kết bội thì cần viết lại.