Die Strukturformel einer chemischen Verbindung ist eine visuelle Darstellung, die zeigt, wie die Atome in dieser Verbindung miteinander verbunden sind. Sie ist oft nützlicher als die Summenformel, die die Atome und ihre Mengen angibt, aber nicht ihre Anordnung im Raum. Zum Beispiel zeigt die Summenformel von Wasser, H2O, dass es zwei Wasserstoffatome (H) und ein Sauerstoffatom (O) im Molekül gibt, zeigt jedoch nicht, wie sie angeordnet oder gebunden sind. Es gibt verschiedene Arten von Strukturformeln, einschließlich des Elektronenpunktdiagramms, der Linienbindungsstrukturformel, der kondensierten Strukturformel und der Skelettstrukturformel.
Atome verbinden sich oft miteinander, indem sie sich ein Elektronenpaar teilen und eine kovalente Bindung bilden. Sie können auch eine Doppelbindung bilden, in der sich vier statt zwei Elektronen teilen. In einigen Fällen werden nicht alle Elektronen in Bindungen zwischen Atomen in einer Verbindung geteilt. Solche losen Elektronenpaare werden einsame Paare genannt. Die Strukturformel einer chemischen Verbindung stellt jede dieser verschiedenen Komponenten visuell durch ein System von Punkten oder Linien dar.
In einem Elektronenpunktdiagramm werden alle für die Bindung verfügbaren äußeren oder Valenzelektronen durch Punkte um das chemische Symbol des Atoms herum dargestellt. Ein Sauerstoffatom hat sechs Elektronen in seiner Valenzschale, also würde es durch ein O dargestellt, das von sechs Punkten umgeben ist – zwei oben und unten und einer auf jeder Seite. Wenn sich Sauerstoff mit zwei Wasserstoffmolekülen verbindet, um Wasser zu bilden, werden die Elektronen des Wasserstoffs in kovalenten Bindungen geteilt. Da jeder Wasserstoff ein Valenzelektron hat, erscheint das neue Elektronenpunktdiagramm als zentrales O, umgeben von acht Punkten, zwei auf jeder der vier Seiten, und einem H links und rechts, was bedeutet, dass diese Atome kovalent gebunden sind.
Eine Linienbindungsstrukturformel ersetzt kovalente Bindungen durch gerade Linien und Doppelbindungen durch eine Reihe paralleler Linien. Die Linienbindungsformel von Wasser würde als H-OH-H erscheinen, wobei die einsamen Elektronenpaare durch Punkte dargestellt werden, zwei über und zwei unter dem O. Diese Art von Formel wird auch als Lewis-Struktur bezeichnet. Manchmal werden einsame Paare aus Gründen der Einfachheit aus dem Linien-Bindungs-Diagramm weggelassen.
Verdichtete Strukturformeln sind nützlich für komplizierte Moleküle, die zu viel Platz beanspruchen würden, wenn alle Bindungen gezeigt würden. Bei dieser Art von Formel werden bestimmte Atome gruppiert und nur die wesentlichen Bindungen gezogen. Da Atome aufgrund ihrer Valenzelektronen auf vorhersagbare Weise miteinander verbunden sind, können bestimmte Bindungen bei der Beschreibung der Molekülstruktur weggelassen werden.
Die Skelettformel geht noch einen Schritt weiter und lässt alle Kohlenstoff- und Wasserstoffatome weg und zeigt nur die chemischen Symbole anderer Gruppen, die durch eine Linie zu einer Zickzacklinienstruktur verbunden sind. Diese Art von Formel ist in der organischen Chemie oft praktisch, wo Moleküle mit sich wiederholenden Ketten von Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen üblich sind. In einer Skelettformel wird jeder Kohlenstoff durch einen Winkel in der Linie dargestellt. Wenn von diesem Winkel zwei Linien abzweigen, wird angenommen, dass zwei Wasserstoffatome an den Kohlenstoff gebunden sind. Das leere Ende der Linie zeigt einen Kohlenstoff an, der an drei Wasserstoffatome gebunden ist.