Įvairių elementų atomai gali jungtis dviem pagrindiniais būdais. Joninėje jungtyje metalas duoda vieną ar daugiau elektronų nemetalui, sudarydamas priešingai įkrautus jonus, kuriuos kartu laiko elektrinė trauka. Kovalentiniai ryšiai susidaro dviem ar daugiau nemetalų, kurie dalijasi elektronais. Joniniai junginiai nesudaro molekulių kaip tokių, o kietoje formoje susideda iš trimačių kristalinių gardelių, kuriose yra daug atomų. Kai kurie kovalentiniai junginiai gali sudaryti panašius kristalų tinklus. Formulės vienetas yra mažiausias santykis tarp skirtingų elementų atomų tokioje struktūroje, kuris gali būti išreikštas sveikaisiais skaičiais.
Joniniai junginiai
Paprastas pavyzdys yra natrio chloridas arba paprastoji druska, natrio ir chloro elementų junginys. Druskos kristalą sudaro teigiamai įkrauti natrio jonai, sujungti su neigiamą krūvį turinčiais chlorido jonais – nemetalų suformuoti neigiami jonai baigiasi „–ide“. Kristale yra labai daug natrio ir chlorido jonų, tačiau kiekvienam natrio jonui yra vienas chloro jonas, todėl formulės vienetas rodo po vieną iš jų. Cheminiai natrio ir chloro simboliai yra atitinkamai Na ir Cl, todėl formulės vienetas rašomas kaip NaCl.
Daugelis joninių junginių yra šiek tiek sudėtingesni, pavyzdžiui, aliuminio oksidas. Čia deguonis ieško dviejų elektronų, o aliuminis nori duoti tris. Todėl jie gali sudaryti stabilų junginį, kurio formulės vienetas yra Al2O3. Elemento atomų skaičius bet kokio tipo cheminėje formulėje rodomas su indeksu ir dešinėje nuo to elemento simbolio. Jei yra tik vienas atomas, žymimasis numeris praleidžiamas.
Kovalentiniai junginiai
Nors kovalentiniai junginiai ir medžiagos dažnai sudaro atskiras, savarankiškas molekules, jie taip pat gali sudaryti kristalines struktūras. Pavyzdžiui, silicio dioksidas, taip pat žinomas kaip silicio dioksidas, gali sudaryti kristalus. Jie paprastai žinomi kaip kvarcas ir, kaip ir druska, susideda iš daugybės dviejų skirtingų atomų – šiuo atveju silicio ir deguonies – tačiau laikomi kartu kovalentinėmis jungtimis. Kadangi deguonies ir silicio atomų santykis yra 2:1, kvarcas turi formulės vienetą SiO2.
Susijusios sąlygos
Yra keletas kitų susijusių terminų, kurie gali sukelti painiavą. Empirinė formulė yra bendresnis terminas, apibūdinantis paprasčiausią elementų santykį junginyje, nesvarbu, joninis ar kovalentinis, kristalinis ar ne. Kristaliniame junginyje jis yra toks pat kaip formulės vienetas, tačiau terminas taip pat taikomas savarankiškoms, nekristalinėms kovalentinėms molekulėms. Molekulinė formulė yra tikrasis kiekvieno elemento atomų skaičius savarankiškoje kovalentinėje molekulėje ir netaikoma joniniams junginiams, nes jie nesudaro atskirų molekulių.
Joniniuose junginiuose formulės vienetas dažniausiai naudojamas norint parodyti paprasčiausią atomų santykį, o nekristaliniuose kovalentiniuose junginiuose įprastas terminas yra empirinė formulė. Pavyzdžiui, anglies ir vandenilio junginiai acetilenas ir benzenas turi tiek pat anglies, kiek ir vandenilio atomai, todėl abu turi empirinę formulę CH. Tačiau acetileno molekulinė formulė yra C2H2, o benzeno – C6H6. Tai labai skirtingi junginiai, turintys skirtingas savybes.
Daugelyje kovalentinių junginių empirinė formulė ir molekulinė formulė yra vienodos. Pavyzdžiui, vandenyje jie abu yra H2O. Tačiau tai retai būna su organiniais junginiais, kurie gali būti labai sudėtingi. Šiuose junginiuose dažnai yra daugiau nei viena galimybė naudoti tą patį elementų santykį, kaip jau buvo pažymėta acetileno ir benzeno atveju. Kartais yra daug skirtingų variantų.
Daugeliu atvejų net molekulinė formulė nepasako visos istorijos. Pavyzdžiui, gliukozė ir fruktozė, dvi skirtingos cukraus rūšys, turi tą pačią molekulinę formulę – C6H12O6. Tačiau vandenilio ir deguonies atomai yra išsidėstę šiek tiek skirtingai, todėl dviem junginiams suteikiamos šiek tiek skirtingos savybės. Empirinė gliukozės ir fruktozės formulė yra CH2O.
Junginio formulės vieneto nustatymas
Daugeliu atvejų viskas, ko reikia norint rasti joninio junginio ir kai kurių paprastų kristalinių kovalentinių junginių formulės vienetą, yra žinoti, kiek pavienių jungčių gali sudaryti elementai. Metalų atveju tai yra elektronų skaičius, kurį jie gali suteikti, o nemetaluose tai yra elektronų skaičius, kurį jie gali priimti arba, kovalentinių junginių atveju, pasidalinti. Tai žinomas kaip oksidacijos skaičius. Paprastai jis teigiamas metaluose, kurie praranda neigiamai įkrautus elektronus, sudarydami junginius, ir neigiamas nemetaluose, kurie įgyja elektronus, bent jau jungdamiesi su metalais.
Grįžtant prie aliuminio oksido pavyzdžio, aliuminio oksidacijos skaičius yra +3, o deguonies oksidacijos skaičius yra -2. Norint rasti aliuminio oksido formulės vienetą, šie skaičiai tiesiog sukeičiami ir gaunamas junginys, turintis tris deguonies atomus kiekvienam dviem aliuminio oksidams: Al2O3. Ta pati procedūra tinka daugeliui kitų joninių junginių ir kai kurių paprastų kovalentinių junginių. Tačiau yra komplikacijų, nes kai kurie elementai gali turėti daugiau nei vieną oksidacijos skaičių, priklausomai nuo aplinkybių. Pavyzdžiui, geležis gali būti +2 arba +3, o daugelis nemetalų gali turėti kelis oksidacijos skaičius, kurie kai kuriuose kovalentiniuose junginiuose gali būti teigiami.