Τα άτομα διαφορετικών στοιχείων μπορούν να ενωθούν με δύο κύριους τρόπους. Σε έναν ιοντικό δεσμό, ένα μέταλλο δίνει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια σε ένα μη μέταλλο, σχηματίζοντας αντίθετα φορτισμένα ιόντα που συγκρατούνται μεταξύ τους με ηλεκτρική έλξη. Οι ομοιοπολικοί δεσμοί σχηματίζονται από δύο ή περισσότερα μη μέταλλα που μοιράζονται ηλεκτρόνια. Οι ιοντικές ενώσεις δεν σχηματίζουν μόρια από μόνα τους, αλλά αντίθετα, στη στερεά μορφή, αποτελούνται από τρισδιάστατα κρυσταλλικά πλέγματα που περιέχουν μεγάλους αριθμούς ατόμων. Ορισμένες ομοιοπολικές ενώσεις μπορούν να σχηματίσουν παρόμοια κρυσταλλικά δίκτυα. Μια μονάδα τύπου είναι η μικρότερη αναλογία μεταξύ ατόμων διαφορετικών στοιχείων σε αυτό το είδος δομής που μπορεί να εκφραστεί ως ακέραιοι αριθμοί.
Ιονικές Ενώσεις
Ένα απλό παράδειγμα είναι το χλωριούχο νάτριο, ή κοινό άλας, μια ένωση των στοιχείων νάτριο και χλώριο. Ένας κρύσταλλος άλατος αποτελείται από θετικά φορτισμένα ιόντα νατρίου συνδεδεμένα με αρνητικά φορτισμένα ιόντα χλωρίου – τα αρνητικά ιόντα που σχηματίζονται από τα μη μέταλλα τελειώνουν σε “-ide”. Ο κρύσταλλος περιέχει τεράστιους αριθμούς ιόντων νατρίου και χλωρίου, αλλά υπάρχει ένα ιόν χλωρίου για κάθε ιόν νατρίου, επομένως η μονάδα τύπου δείχνει ένα από το καθένα. Τα χημικά σύμβολα για το νάτριο και το χλώριο είναι Na και Cl, αντίστοιχα, επομένως η μονάδα τύπου γράφεται ως NaCl.
Πολλές ιοντικές ενώσεις είναι ελαφρώς πιο σύνθετες, για παράδειγμα, το οξείδιο του αργιλίου. Εδώ, το οξυγόνο ψάχνει για δύο ηλεκτρόνια και το αλουμίνιο θέλει να δώσει τρία. Μπορούν επομένως να σχηματίσουν μια σταθερή ένωση με τη μονάδα τύπου Al2O3. Ο αριθμός των ατόμων ενός στοιχείου σε οποιονδήποτε τύπο χημικού τύπου εμφανίζεται υποδηλωμένος και στα δεξιά του συμβόλου αυτού του στοιχείου. Εάν υπάρχει μόνο ένα άτομο, ο εγγεγραμμένος αριθμός παραλείπεται.
Ομοιοπολικές ενώσεις
Αν και οι ομοιοπολικές ενώσεις και ουσίες συχνά σχηματίζουν ξεχωριστά, αυτοτελή μόρια, μπορούν επίσης να σχηματίσουν κρυσταλλικές δομές. Για παράδειγμα, το διοξείδιο του πυριτίου, γνωστό και ως πυρίτιο, μπορεί να σχηματίσει κρυστάλλους. Αυτά είναι κοινώς γνωστά ως χαλαζίας και, όπως το αλάτι, αποτελούνται από τεράστιους αριθμούς δύο διαφορετικών ατόμων – στην περίπτωση αυτή, πυρίτιο και οξυγόνο – αλλά συγκρατούνται μεταξύ τους με ομοιοπολικούς δεσμούς. Δεδομένου ότι η αναλογία οξυγόνου προς άτομα πυριτίου είναι 2:1, ο χαλαζίας έχει τη μονάδα τύπου SiO2.
Σχετικοί Όροι
Υπάρχουν μερικοί άλλοι, σχετικοί, όροι που μπορεί να προκαλέσουν κάποια σύγχυση. Ο εμπειρικός τύπος είναι ένας γενικότερος όρος για την απλούστερη αναλογία στοιχείων σε μια ένωση, είτε ιοντική είτε ομοιοπολική, κρυσταλλική ή όχι. Σε μια κρυσταλλική ένωση, είναι η ίδια με τη μονάδα τύπου, αλλά ο όρος ισχύει επίσης για αυτοτελή, μη κρυσταλλικά ομοιοπολικά μόρια. Ο μοριακός τύπος είναι ο πραγματικός αριθμός ατόμων κάθε στοιχείου σε ένα αυτοτελές ομοιοπολικό μόριο και δεν ισχύει για ιοντικές ενώσεις, καθώς αυτές δεν σχηματίζουν διακριτά μόρια.
Στις ιοντικές ενώσεις, η μονάδα τύπου τείνει να χρησιμοποιείται για να δείξει την απλούστερη αναλογία ατόμων, ενώ στις μη κρυσταλλικές ομοιοπολικές ενώσεις, ο συνήθης όρος για αυτό είναι ο εμπειρικός τύπος. Για παράδειγμα, οι ενώσεις άνθρακα-υδρογόνου ακετυλένιο και βενζόλιο περιέχουν αμφότερες τον ίδιο αριθμό άνθρακα με τα άτομα υδρογόνου, και επομένως και οι δύο έχουν τον εμπειρικό τύπο CH. Ο μοριακός τύπος για το ακετυλένιο, ωστόσο, είναι C2H2, ενώ για το βενζόλιο είναι C6H6. Πρόκειται για πολύ διαφορετικές ενώσεις, με διαφορετικές ιδιότητες.
Σε πολλές ομοιοπολικές ενώσεις, ο εμπειρικός τύπος και ο μοριακός τύπος είναι ο ίδιος. Στο νερό, για παράδειγμα, είναι και τα δύο H2O. Αυτό, ωστόσο, σπάνια συμβαίνει με οργανικές ενώσεις, οι οποίες μπορεί να είναι πολύ περίπλοκες. Σε αυτές τις ενώσεις, συχνά υπάρχουν περισσότερες από μία δυνατότητες για την ίδια αναλογία στοιχείων, όπως έχει ήδη σημειωθεί με το ακετυλένιο και το βενζόλιο. Μερικές φορές υπάρχουν πολλές διαφορετικές παραλλαγές.
Σε πολλές περιπτώσεις, ακόμη και ο μοριακός τύπος δεν λέει όλη την ιστορία. Για παράδειγμα, η γλυκόζη και η φρουκτόζη, δύο διαφορετικά είδη ζάχαρης, έχουν τον ίδιο μοριακό τύπο, C6H12O6. Τα άτομα υδρογόνου και οξυγόνου είναι, ωστόσο, διατεταγμένα ελαφρώς διαφορετικά, δίνοντας στις δύο ενώσεις ελαφρώς διαφορετικές ιδιότητες. Ο εμπειρικός τύπος για τη γλυκόζη και τη φρουκτόζη είναι CH2O.
Προσδιορισμός της μονάδας τύπου για μια ένωση
Σε πολλές περιπτώσεις, το μόνο που απαιτείται για να βρεθεί η μονάδα τύπου για μια ιοντική ένωση, και για μερικές απλές κρυσταλλικές ομοιοπολικές ενώσεις, είναι η γνώση του πόσους απλούς δεσμούς μπορούν να σχηματίσουν τα στοιχεία. Στην περίπτωση των μετάλλων, αυτός είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων που μπορούν να παρέχουν, ενώ στα μη μέταλλα αυτός είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων που μπορούν να δεχτούν ή, στην περίπτωση των ομοιοπολικών ενώσεων, να μοιραστούν. Αυτό είναι γνωστό ως αριθμός οξείδωσης. Είναι συνήθως θετικό στα μέταλλα — τα οποία χάνουν αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια κατά το σχηματισμό ενώσεων — και αρνητικά στα αμέταλλα — τα οποία αποκτούν ηλεκτρόνια, τουλάχιστον όταν συνδυάζονται με μέταλλα.
Επιστρέφοντας στο παράδειγμα του οξειδίου του αργιλίου, το αλουμίνιο έχει αριθμό οξείδωσης +3, ενώ το οξυγόνο έχει αριθμό οξείδωσης -2. Για να βρεθεί η μονάδα τύπου για το οξείδιο του αλουμινίου, αυτοί οι αριθμοί απλώς ανταλλάσσονται στρογγυλά για να δώσουν μια ένωση με τρία άτομα οξυγόνου για κάθε δύο άτομα αλουμινίου: Al2O3. Η ίδια διαδικασία λειτουργεί για πολλές άλλες ιοντικές ενώσεις και για μερικές απλές ομοιοπολικές ενώσεις. Υπάρχουν, ωστόσο, επιπλοκές, επειδή ορισμένα στοιχεία μπορεί να έχουν περισσότερους από έναν αριθμούς οξείδωσης, ανάλογα με τις περιστάσεις. Ο σίδηρος, για παράδειγμα, μπορεί να είναι +2 ή +3, και πολλά αμέταλλα μπορεί να έχουν πολλαπλούς αριθμούς οξείδωσης, που μπορεί να είναι θετικοί σε ορισμένες ομοιοπολικές ενώσεις.