L' isomeria dal greco ἰσομερής, composto di ἴσος, “uguale” e μέρος “parte” è un termine che è utilizzato per indicare composti che hanno la stessa formula molecolare ma diverse strutture chimiche.
Le proprietà di una sostanza dipendono dalla loro struttura molecolare, quindi molecole che hanno formula di struttura diversa corrispondono a sostanze diverse. La formula di struttura rende conto dell'individualità di una molecola e delle sue proprietà. La formula bruta, infatti, da sola, non è in grado di discriminare tra sostanze diverse: ad esempio alla formula bruta C2H6O corrispondono due sostanze diverse ovvero l'alcol metilico e l'etere dimetilico: CH3CH2OH e CH3OCH3.
In passato quando le conoscenze della struttura spaziale erano limitate e le informazioni principali derivavano dall'analisi elementare e dalla determinazione del peso molecolare la prima classificazione delle sostanze avveniva attraverso la formula bruta.
Sostanze diverse che avevano la stessa formula bruta erano dette isomere ad indicare che le molecole avevano la stessa composizione. Tale classificazione si è conservata ancora oggi, anche se in molti casi il concetto di isomeria si è svuotato di significato: l'affermare, ad esempio, che l'alcol etilico e l'etere dimetilico sono isomeri appare di scarsa importanza perché la diversità delle formule di struttura evidenzia che le due sostanze sono completamente diverse.
Una classificazione spesso usata distingue fondamentalmente due tipi di isomeria:
1) Isomeria strutturale
2) Isomeria sterica
Isomeria strutturale
L'isomeria strutturale si presenta quando nelle formule di sue sostanze sono presenti raggruppamenti atomici diversi; l'isomeria sterica o stereoisomeria si ha invece quando due formule di struttura contengono gli stessi atomi disposti spazialmente in maniera diversa.
La notazione con formule di struttura ha reso ovvi i diversi casi di isomeria strutturale: in questi casi rientrano come detto l'alcol etilico e l'etere dimetilico. Un altro esempio è il composto di formula bruta CrCl3H12O6 che si può presentare formato da cationi [Cr(H2O)6]3+ e da tre anioni Cl– oppure da cationi [Cr(H2O)5Cl]2+, da due anioni Cl– e da una molecola di acqua di cristallizzazione.
Isomeria sterica
Di maggior interesse è, invece, l'isomeria sterica. Un importante tipo di isomeria sterica è l'isomeria geometrica cis-trans come ad esempio quella del cis-2-butene e del trans-2-butene
Nell'isomero cis i due gruppi CH3-si trovano su due vertici contigui mentre nell'isomero trans si trovano su vertici opposti. Perché le due formula corrispondano a due diversi isomeri è necessario che non vi sia possibilità di rotazione intorno al doppio legame: se ciò si verificasse, infatti, i due isomeri non esisterebbero.
Un altro esempio di stereoisomeria è quello dell'isomeria ottica che si verifica quando una molecola non è sovrapponibile alla sua immagine speculare. Le molecole di questo tipo sono dette dissimmetriche o chirali (dal greco χείρ che significa mano). Se si guarda una mano destra allo specchio si ha un'immagine che è identica a quella della mano sinistra.
D'altra parte ruotando in qualsiasi modo la mano sinistra non si può in alcun modo portarla in una posizione identica a quella della mano destra. Si dice che la mano sinistra non è sovrapponibile alla sua immagine speculare che è appunto la mano destra. Coppie di isomeri ottici di questo tipo sono dette antipodi ottici: un esempio è riportato in figura:
Una situazione sufficiente affinché questo si verifichi è che un atomo sia circondato da atomi o raggruppamenti atomici tutti diversi tra loro in una configurazione non planare.
