La formula strutturale di un composto chimico è una rappresentazione visiva che mostra come gli atomi di quel composto sono legati insieme. Spesso è più utile della formula molecolare, che indica gli atomi e le loro quantità ma non la loro disposizione nello spazio. Ad esempio, la formula molecolare dell’acqua, H2O, mostra che ci sono due atomi di idrogeno (H) e un atomo di ossigeno (O) nella molecola, ma non mostra come sono disposti o legati. Esistono diversi tipi di formule di struttura, tra cui il diagramma a punti elettronici, la formula strutturale del legame lineare, la formula strutturale condensata e la formula strutturale scheletrica.
Gli atomi spesso si legano tra loro condividendo una coppia di elettroni, formando un legame covalente. Possono anche formare un doppio legame, in cui sono condivisi quattro elettroni invece di due. In alcuni casi, non tutti gli elettroni sono condivisi nei legami tra gli atomi in un composto. Tali coppie sciolte di elettroni sono chiamate coppie solitarie. La formula strutturale di un composto chimico rappresenta visivamente ciascuno di questi diversi componenti attraverso un sistema di punti o linee.
In un diagramma a punti elettronici, tutti gli elettroni esterni o di valenza disponibili per il legame sono rappresentati da punti attorno al simbolo chimico dell’atomo. Un atomo di ossigeno ha sei elettroni nel suo guscio di valenza, quindi sarebbe rappresentato da un O circondato da sei punti: due in alto e in basso e uno su ciascun lato. Quando l’ossigeno si lega a due molecole di idrogeno per formare acqua, gli elettroni dell’idrogeno sono condivisi in legami covalenti. Poiché ogni idrogeno ha un elettrone di valenza, il nuovo diagramma a punti elettronici appare come una O centrale circondata da otto punti, due su ciascuno dei quattro lati, e una H a sinistra e a destra, a significare che questi atomi sono legati in modo covalente.
Una formula strutturale di legame lineare sostituisce i legami covalenti con linee rette e i doppi legami con un insieme di linee parallele. La formula del legame lineare dell’acqua apparirebbe come H—O—H, con le coppie solitarie di elettroni rappresentate da punti, due sopra e due sotto l’O. Questo tipo di formula è anche chiamato struttura di Lewis. A volte le coppie solitarie vengono omesse dal diagramma del legame di linea per comodità.
Le formule strutturali condensate sono utili per molecole complicate che occuperebbero troppo spazio se tutti i legami fossero mostrati. In questo tipo di formula, alcuni atomi sono raggruppati e vengono disegnati solo i legami essenziali. Poiché gli atomi si legano insieme in modi prevedibili in base ai loro elettroni di valenza, alcuni legami possono essere omessi nella descrizione della struttura della molecola.
La formula scheletrica fa un passo avanti e omette tutti gli atomi di carbonio e idrogeno, mostrando solo i simboli chimici di altri gruppi collegati da una linea a una struttura a linee a zigzag. Questo tipo di formula è spesso conveniente in chimica organica, dove sono comuni molecole contenenti catene ripetute di atomi di carbonio e di idrogeno. In una formula scheletrica, ogni carbonio è rappresentato da un angolo nella linea. Se due linee si dipartono da quell’angolo, si presume che due atomi di idrogeno siano legati al carbonio. L’estremità vuota della linea indica un carbonio legato a tre atomi di idrogeno.