Die Summenformel ist eine Schreibweise, die verwendet wird, um die Zusammensetzung eines Stoffes zu beschreiben. Die meisten Formeln sind so geschrieben, dass sie auch einige Details zur Bindungsstruktur des Materials liefern. Eine verwandte Notation enthält empirische Formeln. Einige Materialien können durch die Verwendung von Molekülformeln nicht genau dargestellt werden.
Materie besteht aus Atomen, der kleinsten Masse, die bei ihrer Unterteilung chemische Eigenschaften behält. Atome verbinden sich auf unterschiedliche Weise, um Moleküle zu bilden. Eine Summenformel stellt die elementare Zusammensetzung eines Moleküls dar.
Die Summenformel von Wasser ist H2O. Die Zahl zwei gibt zwei Wasserstoffatome im Molekül an. Das O erscheint ohne Zahl, also ein Sauerstoffatom. Je nach Text können die Ziffern ohne Indizes geschrieben werden. Handgeschriebene Formeln verwenden immer den Index.
Propan ist ein Bestandteil von Erdgas. Dieser Kohlenwasserstoff hat drei Kohlenstoffe mit linearen Bindungen, die eine gerade Kette bilden. Die Kohlenstoffkette ist von acht Wasserstoffmolekülen umgeben. Die Summenformel lautet C3H8. Beim Raffinationsprozess reagiert etwas Propan, um Cyclopropan zu bilden. Cyclopropan ist ein dreieckiges Molekül, das wiederum von sechs Wasserstoffatomen umgeben ist, mit der Summenformel C3H6.
Bei der Herstellung des Cyclopropans ging ein Wasserstoffmolekül, H2, verloren. Andere Reaktionen waren möglich, einschließlich des Verlustes eines Wasserstoffmoleküls zwischen zwei der drei Kohlenstoffe. Propen, das eine Doppelbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Kohlenstoff aufweist, hat auch die Summenformel C3H6. Während die Formel von C3H8 Propan sein muss, ist C3H6 keine ausreichende Information, um die Verbindung zu identifizieren.
Die empirische Formel wird als kleinste sich wiederholende Einheit eines Moleküls geschrieben. Die Notation erfordert, dass die Indizes in der Formel positive ganze Zahlen sind. Die molekularen und empirischen Formeln für Glucose sind C6H12O6 bzw. CH2O. In diesem Fall werden sechs empirische Formeln von Glucose benötigt, um das Molekül zu konstruieren. Empirische Formeln können als kleinster gemeinsamer Nenner angesehen werden.
Molekularformeln werden verwendet, um die Molekulargewichte von Materialien zu berechnen, die wiederum die Werte liefern, um die Anzahl der Moleküle oder Ionen zu bestimmen, die in einer gegebenen Materialmasse vorhanden sind. Diese Berechnungen werden benötigt, um die Ergebnisse einer Reaktion auszuwerten oder eine Lösung bekannter Konzentration herzustellen. Molekülformeln sind kein direktes Maß für Dichte oder Masse oder Seinszustand.
Sowohl natürliche als auch synthetische Makromoleküle sind anhand ihrer Molekülformeln schwer zu charakterisieren. Diese langkettigen Moleküle haben oft Verzweigungspunkte mit eigenen langen Ketten. Typischerweise wird das Monomer oder die Ausgangschemikalie, von der das Polymer abgeleitet wurde, als pseudomolekulare Formel verwendet. Polyethylen wird hergestellt, indem ein Wasserstoffmolekül aus Ethan entfernt wird, um Ethan zu bilden, das dann polymerisiert. Es hat eine sich wiederholende Einheit von (CH2)n, wobei n eine unbekannte, aber große Zahl darstellt.