La formule structurelle d’un composé chimique est une représentation visuelle qui montre comment les atomes de ce composé sont liés entre eux. Elle est souvent plus utile que la formule moléculaire, qui indique les atomes et leurs quantités mais pas leur disposition dans l’espace. Par exemple, la formule moléculaire de l’eau, H2O, montre qu’il y a deux atomes d’hydrogène (H) et un atome d’oxygène (O) dans la molécule, mais ne montre pas comment ils sont disposés ou liés. Il existe plusieurs types différents de formule structurelle, notamment le diagramme de points électroniques, la formule structurelle de liaison linéaire, la formule structurelle condensée et la formule structurelle squelettique.
Les atomes se lient souvent les uns aux autres en partageant une paire d’électrons, formant une liaison covalente. Ils peuvent également former une double liaison, dans laquelle quatre électrons sont partagés au lieu de deux. Dans certains cas, tous les électrons ne sont pas partagés dans les liaisons entre les atomes d’un composé. De telles paires lâches d’électrons sont appelées paires isolées. La formule structurelle d’un composé chimique représente visuellement chacun de ces différents composants à travers un système de points ou de lignes.
Dans un diagramme de points d’électrons, tous les électrons externes ou de valence disponibles pour la liaison sont représentés par des points autour du symbole chimique de l’atome. Un atome d’oxygène a six électrons dans sa couche de valence, il serait donc représenté par un O entouré de six points – deux en haut et en bas, et un de chaque côté. Lorsque l’oxygène se lie à deux molécules d’hydrogène pour former de l’eau, les électrons de l’hydrogène sont partagés dans des liaisons covalentes. Étant donné que chaque hydrogène a un électron de valence, le nouveau diagramme de points d’électrons apparaît comme un O central entouré de huit points, deux sur chacun des quatre côtés, et un H à gauche et à droite, ce qui signifie que ces atomes sont liés de manière covalente.
Une formule structurelle de liaison linéaire remplace les liaisons covalentes par des lignes droites et les doubles liaisons par un ensemble de lignes parallèles. La formule de liaison linéaire de l’eau apparaîtrait sous la forme H-O-H, avec les paires isolées d’électrons représentées par des points, deux au-dessus et deux au-dessous du O. Ce type de formule est également appelé structure de Lewis. Parfois, les paires isolées sont omises du diagramme de liaison de ligne pour plus de commodité.
Les formules structurelles condensées sont utiles pour les molécules compliquées qui prendraient trop de place si toutes les liaisons étaient représentées. Dans ce type de formule, certains atomes sont regroupés, et seules les liaisons essentielles sont dessinées. Étant donné que les atomes se lient de manière prévisible en fonction de leurs électrons de valence, certaines liaisons peuvent être omises dans la description de la structure de la molécule.
La formule schématique va encore plus loin et omet tous les atomes de carbone et d’hydrogène, ne montrant que les symboles chimiques des autres groupes liés par une ligne à une structure en zigzag. Ce type de formule est souvent pratique en chimie organique, où les molécules contenant des chaînes répétées d’atomes de carbone et d’hydrogène sont courantes. Dans une formule schématique, chaque carbone est représenté par un angle dans la ligne. Si deux lignes partent de cet angle, on suppose que deux atomes d’hydrogène sont liés au carbone. L’extrémité vide de la ligne indique un carbone lié à trois atomes d’hydrogène.