Keemiline valem

Keemiline valem on keemiliste elementide sümbolitest koosnev avaldis keemilise aine kvalitatiivse ja kvantitatiivse koostise märkimiseks. Keemilisi valemeid kasutatakse ainete tähistamiseks ja keemiliste reaktsioonide kirjeldamiseks reaktsioonivõrrandite abil.
Molekuli atomaarse koostise, see tähendab aatomite liigi ja arvu näitamiseks kasutatakse empiirilist valemit ja molekulivalemit (molekulivalemit, molekulaarvalemit). Näiteks metaani, mille molekul koosneb ühest süsiniku- ja neljast vesinikuaatomist, valem on CH4. Kaltsiumkloriidi valem on CaCl2. Nende ainete empiirilised ja molekulivalemid on kokkulangevad. Empiiriline valem saadakse aine elementanalüüsi andmete põhjal ja see näitab eri liiki aatomite suhtelist sisaldust molekulis, see tähendab elementide suhet aines. Seevastu molekulivalem annab juba igale elemendile vastavate aatomite tegeliku arvu ühes molekulis. Nagu näha alljärgnevast tabelist, on empiirilised ja molekulivalemid erinevad näiteks benseeni ja glükoosi korral. Kuid molekulivalemid isomeeride korral on kokkulangevad, näiteks 1- ja 2-buteenil C4H8 ning etanoolil ja dimetüüleetril C2H6O.
Tabel. Ainete molekuli- ja empiirilised valemid
Ioonide valemites tähistatakse elektrilaeng ülaindeksiga, näiteks Na+ või Cu2+ või sulfaatioon SO42-. Mõne ühendi puhul on tavakasutuses valem, mis ei kajasta ühendi struktuuri. Näiteks väävelhappe valem on H2SO4, kuigi selle molekulis ei esine H–S sidemeid.
Et aine molekul on ruumiline dünaamiline süsteem, on peale aatomite liigi ja arvu molekuli omadusi määravateks faktoriteks veel aatomite omavaheline seostatus (sidemed) ja aatomite paigutus üksteise suhtes. Nende aspektide näitamiseks kasutatakse struktuurivalemeid, kus aatomitevahelisi keemilisi sidemeid tähistavad kriipsud. Struktuurivalem näitab molekuli moodustavate aatomite vastastikust asetust, aatomitevaheliste keemiliste sidemete iseloomu ja ka aatomite osalaenguid.
Orgaaniliste ühendite struktuurivalemeid kirjutatakse enamasti ratsionaalsel kujul: lihtsustatud struktuurivalemiga ehk kondenseeritud struktuuriga (näiteks etanool CH3CH2OH või dimetüüleeter CH3OCH3 või "n"-pentaan CH3(CH2)3CH3
või isopentaan (CH3)2CHCH2CH3 või neopentaan (CH3)4C) või skelettstruktuuriga ehk joonstruktuuriga (nagu näidatud järgneval joonisel). Skelettstruktuuride korral näidatakse süsiniku aatomite vahelised kovalentsed sidemed, mille lõikumispunktides olevad süsinikuaatomid ja nende süsinikuaatomitega seotud vesinikuaatomid on juurdemõeldavad, arvestades, et süsinik on neljavalentne. Näiteks pentaani isomeeride skelettstruktuurid:
Orgaanilises keemias kasutatakse mitmesuguseid modifitseeritud struktuurivalemeid, näitamaks ühendi spetsiifikat teatud kontekstis. Ainete homoloogiliste ridade ja polümeeride valemites näidatakse sulgudes korduva lüli koostis ja lülide arv allindeksina. Näiteks CH3(CH2)nCH3 tähistab normaalsete alkaanide homoloogilist rida (kus n = 1,2,3, …) või polüetüleeni (kus n&gt;1000).
Ruumiliste isomeeride (enantiomeeride ehk peegelisomeeride) struktuurivalemites näidatakse tasapinna suhtes ette (kolmnurgaga tähistatud side) ja taha (katkestustega märgitud side) paigutuvad aatomid (vt kõrvalolevat joonist).
Kokkuleppeliselt on orgaanilises keemias kasutusel kindlad sümbolid enamesinevate aatomirühmade (asendusrühmade) tähistamiseks. Mõned näited:
Me = CH3– ; Et = CH3CH2– ; Bn = C6H5CH2– ; X = halogeeni aatom ; R = alküülrühm, ka igasugune asendusrühm. Nii saab kirjutada järgmisi valemeid: MeOH = metanool; Et2O = dietüüleeter; BnX = bensüülhalogeniidid; RCOOH = karboksüülhapped.
Kokkuleppeliste sümbolite kasutamine on kõige enam kasutusel koos skelettstruktuuridega.