Atom dari unsur yang berbeda dapat bergabung bersama dalam dua cara utama. Dalam ikatan ionik, logam memberikan satu atau lebih elektron ke non-logam, membentuk ion bermuatan berlawanan yang disatukan oleh gaya tarik listrik. Ikatan kovalen terbentuk oleh dua atau lebih non-logam yang berbagi elektron. Senyawa ionik tidak membentuk molekul seperti itu, melainkan dalam bentuk padat, terdiri dari kisi kristal tiga dimensi yang mengandung sejumlah besar atom. Beberapa senyawa kovalen dapat membentuk jaringan kristal yang serupa. Satuan rumus adalah rasio terkecil antara atom-atom dari unsur yang berbeda dalam struktur semacam ini yang dapat dinyatakan sebagai bilangan bulat.
Senyawa Ionik
Contoh sederhana adalah natrium klorida, atau garam biasa, senyawa dari unsur natrium dan klorin. Kristal garam terdiri dari ion natrium bermuatan positif yang terikat pada ion klorida bermuatan negatif — ion negatif yang dibentuk oleh non-logam diakhiri dengan “–ide.” Kristal mengandung sejumlah besar ion natrium dan klorida, tetapi ada satu ion klorida untuk setiap ion natrium, sehingga unit rumus menunjukkan masing-masing satu ion klorida. Simbol kimia untuk natrium dan klor masing-masing adalah Na dan Cl, sehingga satuan rumusnya ditulis sebagai NaCl.
Banyak senyawa ionik yang sedikit lebih kompleks, misalnya aluminium oksida. Di sini, oksigen mencari dua elektron, dan aluminium ingin memberikan tiga. Oleh karena itu mereka dapat membentuk senyawa yang stabil dengan unit rumus Al2O3. Jumlah atom suatu unsur dalam semua jenis rumus kimia muncul di bawah dan di sebelah kanan simbol untuk unsur itu. Jika hanya ada satu atom yang ada, nomor subscript dihilangkan.
Senyawa Kovalen
Meskipun senyawa dan zat kovalen sering membentuk molekul mandiri yang berbeda, mereka juga dapat membentuk struktur kristal. Misalnya, silikon dioksida, juga dikenal sebagai silika, dapat membentuk kristal. Ini umumnya dikenal sebagai kuarsa, dan, seperti garam, terdiri dari sejumlah besar dua atom yang berbeda — dalam hal ini, silikon dan oksigen — tetapi disatukan oleh ikatan kovalen. Karena rasio atom oksigen dan silikon adalah 2:1, kuarsa memiliki satuan rumus SiO2.
Ketentuan Terkait
Ada beberapa istilah lain yang terkait, yang mungkin menyebabkan kebingungan. Rumus empiris adalah istilah yang lebih umum untuk rasio paling sederhana unsur-unsur dalam suatu senyawa, apakah ionik atau kovalen, kristal atau tidak. Dalam senyawa kristal, itu sama dengan unit rumus, tetapi istilah ini juga berlaku untuk molekul kovalen non-kristal mandiri. Rumus molekul adalah jumlah atom sebenarnya dari setiap elemen dalam molekul kovalen mandiri, dan tidak berlaku untuk senyawa ionik, karena ini tidak membentuk molekul yang berbeda.
Pada senyawa ionik, satuan rumus cenderung digunakan untuk menunjukkan perbandingan atom yang paling sederhana, sedangkan pada senyawa kovalen non-kristal, istilah yang biasa digunakan untuk ini adalah rumus empiris. Misalnya, senyawa karbon-hidrogen asetilena dan benzena keduanya mengandung jumlah karbon yang sama dengan atom hidrogen, dan oleh karena itu keduanya memiliki rumus empiris C H . Rumus molekul untuk asetilena, bagaimanapun, adalah C2H2, sedangkan untuk benzena adalah C6H6. Ini adalah senyawa yang sangat berbeda, dengan sifat yang berbeda.
Dalam banyak senyawa kovalen, rumus empiris dan rumus molekulnya sama. Dalam air, misalnya, keduanya adalah H2O. Namun, ini jarang terjadi pada senyawa organik, yang mungkin sangat kompleks. Dalam senyawa-senyawa ini, seringkali terdapat lebih dari satu kemungkinan untuk perbandingan unsur-unsur yang sama, seperti yang telah dicatat dengan asetilena dan benzena. Terkadang ada banyak variasi yang berbeda.
Dalam banyak kasus, bahkan rumus molekul tidak menceritakan keseluruhan cerita. Misalnya, glukosa dan fruktosa, dua jenis gula yang berbeda, memiliki rumus molekul yang sama, C6H12O6. Atom hidrogen dan oksigen, bagaimanapun, diatur sedikit berbeda, memberikan dua senyawa sifat yang sedikit berbeda. Rumus empiris glukosa dan fruktosa adalah CH2O.
Menentukan Satuan Rumus untuk Senyawa
Dalam banyak kasus, semua yang diperlukan untuk menemukan unit rumus untuk senyawa ionik, dan untuk beberapa senyawa kovalen kristal sederhana, adalah pengetahuan tentang berapa banyak ikatan tunggal yang dapat dibentuk oleh unsur-unsur tersebut. Dalam kasus logam, ini adalah jumlah elektron yang dapat mereka berikan, sedangkan dalam non-logam ini adalah jumlah elektron yang dapat mereka terima atau, dalam kasus senyawa kovalen, berbagi. Ini dikenal sebagai bilangan oksidasi. Biasanya positif pada logam — yang kehilangan elektron bermuatan negatif dalam membentuk senyawa — dan negatif pada non-logam — yang memperoleh elektron, setidaknya ketika bergabung dengan logam.
Kembali ke contoh aluminium oksida, aluminium memiliki bilangan oksidasi +3, sedangkan oksigen memiliki bilangan oksidasi -2. Untuk menemukan unit rumus untuk aluminium oksida, angka-angka ini hanya ditukar bulat untuk memberikan senyawa dengan tiga atom oksigen untuk setiap dua aluminium: Al2O3. Prosedur yang sama berlaku untuk banyak senyawa ionik lainnya, dan untuk beberapa senyawa kovalen sederhana. Namun, ada komplikasi, karena beberapa elemen dapat memiliki lebih dari satu bilangan oksidasi, tergantung pada keadaan. Besi, misalnya, dapat +2 atau +3, dan banyak non-logam dapat memiliki bilangan oksidasi ganda, yang mungkin positif dalam beberapa senyawa kovalen.