Keemiline valem on viis, kuidas keemikud lühidalt ja täpselt kirjeldavad ainet koosnevaid aatomeid. Valem ütleb, milliseid keemilisi elemente molekul sisaldab ja mitu tükki iga elemendist esineb. Mõnikord näitab valem ainult elementide arvu, mõnikord aga ka seda, kuidas aatomid on omavahel seotud või kuidas need ruumis paiknevad.

Valemi põhiosad ja kirjutamisreeglid

  • Elementide sümbolid – iga elementi tähistatakse lühendi ehk sümboliga (nt C = süsinik, H = vesinik). Sümbol algab suure tähega; kui on teine täht, siis kirjutatakse see väikese tähega (nt Cl, Na).
  • Alamindeks näitab, mitu aatomit antud elemendist on molekulis. Näiteks Alamindeks 2 tähendab kahte aatomit: H2. Alamindeksid ei ole rakendatavad laengu näitamiseks.
  • Koefitsient (molekulivälisel juhul) kirjutatakse valemi ette ja näitab, mitu sellist molekuli on kokku, nt 2 H2O tähendab kahte vee molekuli.
  • Sulud – kui rühm aatomeid esineb mitu korda, pannakse see sulgudesse ja alamindeks rakendub kogu rühmale, nt Ca(OH)2 (kaltsiumhüdroksiidis on kaks hüdroksüülrühma).
  • Laengud ja ioonid märgitakse superskriptina, nt SO42− (sulfaation) või Na+, Cl−.
  • Reaktiivse keskkonna märgendid – keemilistes võrrandites võib leida oleku tähiseid (s, l, g, aq) ja katalüsaatori jm täiendavat infot.

Liigid keemilisi valemeid

  • Molekulaarne valem – näitab täpset aatomite arvu molekulis (nt metaan CH4, vesi H2O).
  • Empiiriline valem – näitab elementide suhtelist vähimat täisarvu suhet (nt vesinikperoksiidi molekulaarne valem on H2O2, empiiriline valem on HO).
  • Struktuurne valem – näitab, kuidas aatomid on omavahel seotud; sellest võib näha sidemete paiknemist ja aatomite järjestust. Struktuurseid valemeid esitatakse jooniselt, molekulaarsete ridadega (CH3CH2OH) või Lewis’i struktuurina.
  • Konstitutsiooniline / kondenseeritud valem – kompaktne viis struktuuri kirjelduseks, nt CH3CH2OH alkoholi puhul.
  • Luustiku (skeletal) valem – orgaanikakeemias levinud lihtsustatud joonistus, kus süsiniku aatomid jäetakse sageli tähistamata ja sidemed kuvatakse joontega.

Praktilised näited

Täht näitab, millise keemilise elemendi iga aatom on. Alamindeks näitab iga aatomitüübi arvu. Näiteks vesinikperoksiidi valem on H2O2. Metaanil on üks süsinikuaatom (C) ja neli vesinikuaatomit; keemiline valem on CH4. Suhkrumolekul glükoosil on kuus süsinikuaatomit, kaksteist vesinikuaatomit ja kuus hapniku aatomit, seega on selle keemiline valem C6H12O6.

Veel näiteid ja märkused:

  • Ioniline ühendi kirjutamisel näidatakse katiooni ja aniooni koostist, nt NaCl tähendab ühte naatriumi- ja ühte klooriiooni iga valemiühiku kohta.
  • Rühmasiseste korduste näide: magneesiumkarbonaat MgCO3 vs ammooniumkarbonaat (NH4)2CO3 — ammoniumrühm esineb kahes eksemplaris.
  • Stereokeemia ja resonantsi infot ei näita tavaline molekulaarne valem, selleks kasutatakse täiendavaid struktuurseid või 3D-kujutisi.
  • Keemilise reaktsiooni kirjeldamisel kasutatakse valemeid keemilistes võrrandites, et näidata lähtematerjale ja tooteid ning tasakaalustada aatomite arvu (vt keemilistes võrrandites ja keemiliste reaktsioonide kirjeldusi).

Kirjutamis- ja lugemise näpunäited

  • Loeme esmalt elementide sümbolid, seejärel alamindeksid — nt C6H12O6 = 6 süsinikku, 12 vesinikku, 6 hapnikku.
  • Kui valemis puudub alamindeks, tähendab see üht aatomit sellest elemendist (nt CO = 1 süsinik ja 1 hapnikust aatom).
  • Ole tähelepanelik suur- ja väiketähtede suhtes (CO ≠ Co): CO on süsinikmonooksiid, Co on koobalt.

Lühike ajalooline märkus

19. sajandi Rootsi keemik Jöns Jacob Berzelius arendas välja paljudele tänapäeva süsteemidele aluse, sh elementide tähistamise ja valemite kirjutamise reeglid, mis tegid keemiliste ühendite kirjeldamise üksmeelseks ja lihtsustasid teaduslikku suhtlust.

Kokkuvõte: keemiline valem on lihtne ja võimas vahend aine koostise selgitamiseks. Erinevad valemitüübid annavad kas üldise arvu- või üksikasjalikuma struktuurilise informatsiooni; õige kirjapilt ja interpretatsioon on keemia mõistmiseks ja reaktsioonide tasakaalustamiseks hädavajalikud.