Strukturisomere sind Verbindungen der gleichen chemischen Formel, die je nach Anordnung ihrer Atome unterschiedliche Strukturen und Eigenschaften besitzen. Zum Beispiel gibt es zwei Strukturisomere mit der gleichen chemischen Formel C4H10, nämlich Normalbutan CH3CH2CH2CH3 und Methylpropan (CH3)2CHCH2CH3. Es ist interessant festzustellen, dass normales Butan bei -0.5 Grad Celsius siedet, während Methylpropan bei +28 Grad Celsius siedet. Mit zunehmender Zahl der Atome nimmt die Zahl der Isomere zu. Es gibt drei Strukturisomere mit der chemischen Formel C5H12, fünf mit der Formel C6H14 und neun mit der Formel C7H16.
Strukturisomere von Kohlenstoff sind nicht nur auf Kohlenstoff und Wasserstoff beschränkt, obwohl dies die bekanntesten Beispiele für Strukturisomerie sind. In der Hausapotheke kann man C3H8O oder Isopropylalkohol finden, der manchmal als „Reinigungsalkohol“ bezeichnet wird. Seine Strukturformel ist CH3CH(OH)CH3. Darüber hinaus gibt es n-Propylalkohol, CH3CH2CH2(OH) und sogar Methylethylether, CH3OCH2CH3, obwohl wahrscheinlich keine dieser beiden Verbindungen im Haushalt zu finden ist. Es gibt auch Strukturisomere von Kohlenstoffverbindungen, die andere Atome enthalten.
Was eine solche Fülle an isomeren Formen ermöglicht, ist die Fähigkeit der Atome einiger weniger Elemente – insbesondere des Kohlenstoffs –, sich miteinander zu verbinden. Dies liegt an der Natur der Bindungen zwischen den Atomen. Benachbarte Kohlenstoffatome sind durch kovalente Bindungen verbunden, Bindungen, bei denen die beteiligten Atome Elektronen zu gleichen Teilen teilen, anstatt sie von einem Atom zum anderen zu übertragen. Zur Veranschaulichung, in gewöhnlichem Kochsalz, NaCl, gibt das beteiligte Natriumatom sein ein verfügbares Elektron an das Chloratom ab, und die beiden Atome werden elektrostatisch angezogen. Nichts dergleichen existiert zwischen den verbundenen Kohlenstoffatomen in Ethan, C2H6.
Silizium und Bor besitzen die gleiche Fähigkeit, ohne Elektronentransfer aneinander zu binden. Die Strukturisomere von Silizium und Bor werden in den Silanen – Verbindungen von Silizium und Wasserstoff – und den Boranen – Verbindungen von Bor und Wasserstoff gut veranschaulicht. Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasserstoff beginnen mit dem Molekül Methan, CH4. Analog dazu beginnen die Verbindungen von Silizium und Wasserstoff mit Silan, SiH4. Interessanterweise beginnen die Verbindungen von Bor und Wasserstoff anders mit Boran, BH3 – eine Verbindung, die nur im gasförmigen Zustand bekannt ist und schnell zu B2H6 dimerisiert.
Die Fähigkeit zur Bildung von Strukturisomeren erhöht die Zahl der möglichen Verbindungen mit einem nahezu unendlichen Eigenschaftsspektrum enorm. Beim Kohlenstoff ermöglichen Strukturisomere die Verbindungen des Lebens. Für Silizium und Bor bietet die große Vielfalt an Verbindungen der Wissenschaft und der Industrie eine Fülle von Reagenzien. Eine Anwendung von Silanderivaten sind Beschichtungen, die es ermöglichen, biologisch unbedenkliche Materialien auf Titanimplantatstrukturen zu befestigen. Borane können in speziellen organischen Synthesen, in exotischen Brennstoffzellen und sogar als Raketentreibstoff verwendet werden.