Məlumatlardan empirik və molekulyar düsturlar

Ən sadə nisbət və faktiki tərkib

Empirik düstur birləşmədəki atomların ən kiçik tam ədədli nisbətini verir. Molekulyar düstur bir molekuldakı hər növ atomun faktiki sayını verir və həmişə empirik düsturun tam ədədli misli olur. Hidrogen peroksidin molekulyar düsturu H₂O₂, empirik düsturu isə HO-dur. Qlükozanın, C₆H₁₂O₆, empirik düsturu CH₂O-dur və bu, formaldehid və sirkə turşusu ilə ortaqdır.

Yalnız kütlə məlumatları empirik düsturu aşkar edə bilər, çünki H₂O₂ və HO eyni faiz tərkibinə malikdir. Misli tapmaq üçün molyar kütlənin ayrıca ölçülməsi lazımdır. Ayrı-ayrı molekullar deyil, uzun kristal qəfəslər əmələ gətirən natrium xlorid kimi ion birləşmələr üçün düstur vahidi adətən qaydaya əsasən empirik düstur kimi yazılır. İstisnalar çoxatomlu ionu bütöv saxlayır; məsələn, peroksid ionunu, O₂²⁻, ehtiva edən natrium peroksid, Na₂O₂.

Məlum düsturdan faiz tərkibi

Elementin kütlə faizi həmin elementin birləşmənin bir molundakı kütləsinin molyar kütləyə bölünməsi ilə alınan nisbətin 100-ə vurulmasıdır. Bu bələdçi İKYTB-nin (IUPAC) iki onluq mərtəbəyə yuvarlaqlaşdırılmış standart atom kütlələrindən istifadə edir: H 1.01, C 12.01, N 14.01, O 16.00, S 32.06 və Fe 55.85.

Həll olunmuş nümunə 1. Ammonium sulfat, (NH₄)₂SO₄, azotlu gübrə kimi istifadə olunur. Onun azotun kütlə faizi nə qədərdir? Bir düstur vahidində 2 N, 8 H, 1 S və 4 O var, buna görə molyar kütlə 2(14.01) + 8(1.01) + 32.06 + 4(16.00) = 28.02 + 8.08 + 32.06 + 64.00 = 132.16 g/mol-dur. Azot: 28.02 ÷ 132.16 × 100 = 21.20% N. Digər elementlər 6.11% H, 24.26% S və 48.43% O edir və dörd qiymətin cəmi 100.00%-dir; bu, heç bir atomun buraxılmadığının faydalı yoxlamasıdır.

Kütlələri tam ədədli mol nisbətinə çevirmək

İndekslər atomları sayır, atomlar isə mollarla sayılır, buna görə üsul həmişə moldan keçir. Müxtəlif elementlərin qramlarını birbaşa müqayisə etmək olmaz, çünki onların atomlarının kütləsi fərqlidir.

Onluqdan kəsrə keçid addımı mühakimə tələb edir. Təcrübi nisbətlər nadir hallarda dəqiq olur, buna görə tam ədədə təxminən 0.1 qədər yaxın qiyməti adətən yuvarlaqlaşdırmaq olar, lakin 1.5, 1.33, 1.67, 1.25 və ya 1.75 yaxınlığında olan qiymət kəsri bildirir. Hər nisbəti uyğun olaraq 2, 3 və ya 4-ə vurun. Məsələn, tərkibində 1.737 g Fe və 0.747 g O olan dəmir oksid nümunəsi 0.03110 mol Fe və 0.0467 mol O verir. O:Fe nisbəti 1.50-dir, ikiqat artırdıqda Fe₂O₃ alınır.

• Kütlələrdən başlayın. Faizlər verilibsə, 100 g nümunə fərz edin ki, hər faiz qrama çevrilsin.
• Hər kütləni həmin elementin atom kütləsindən istifadə edərək mola çevirin.
• Hər mol qiymətini ən kiçiyinə bölün.
• Hər hansı nisbət tam ədədə yaxın deyilsə, bütün nisbətləri onları tam edən ən kiçik tam ədədə vurun.
• İndeksləri qəbul olunmuş ardıcıllıqla yazın (üzvi birləşmələr üçün əvvəl C, sonra H, sonra qalanlar əlifba sırası ilə).

Həll olunmuş nümunə: faiz tərkibindən karboksil turşusu

Həll olunmuş nümunə 2. Ağ kristallik turşunun analizi kütləcə 40.68% C, 5.13% H və 54.19% O verir. Ayrıca ölçmə onun molyar kütləsini 118 g/mol göstərir. Empirik və molekulyar düsturları tapın.

100 g fərz edin, onda nümunədə 40.68 g C, 5.13 g H və 54.19 g O var. Mola çevirin: 40.68 g ÷ 12.01 g/mol = 3.387 mol C; 5.13 g ÷ 1.01 g/mol = 5.079 mol H; 54.19 g ÷ 16.00 g/mol = 3.387 mol O. Ən kiçik qiymətə, 3.387-yə, bölün: C 1.000, H 1.500, O 1.000.

Hidrogenin 1.500 nisbəti yarımdır, yuvarlaqlaşdırma xətası deyil, buna görə hər nisbəti 2-yə vurun: C₂H₃O₂. Onun düstur kütləsi 2(12.01) + 3(1.01) + 2(16.00) = 59.05 g/mol-dur. Misli 118 ÷ 59.05 = 2.00-dır, buna görə molekulyar düstur C₄H₆O₄-dür. Bu, kəhrəba turşusunun düsturudur. 1.5-i 2-yə yuvarlaqlaşdırsaydıq, CH₂O (30.03 g/mol) alınardı, 118 ÷ 30.03 = 3.93 isə tam ədəd deyil; bu, empirik düsturun yanlış olduğunu göstərir.

Həll olunmuş nümunə: üzvi mayenin yanma analizi

Həll olunmuş nümunə 3. Yalnız C, H və O ehtiva edən mayenin 0.3150 g nümunəsi artıq oksigendə tam yandırılır. O, 0.6293 g CO₂ və 0.2577 g H₂O əmələ gətirir. Buxarın molyar kütləsi təxminən 88 g/mol-dur. Hər iki düsturu tapın.

Bütün karbon CO₂-yə, bütün hidrogen isə H₂O-ya keçir. C-nin kütləsi = 0.6293 g CO₂ × (12.01 g C / 44.01 g CO₂) = 0.17173 g. H-nin kütləsi = 0.2577 g H₂O × (2.02 g H / 18.02 g H₂O) = 0.028888 g. Oksigeni eyni yolla izləmək olmaz, çünki məhsullardakı oksigenin böyük hissəsi O₂ təchizatından gəlib, buna görə onu fərqlə tapın: 0.3150 − 0.17173 − 0.028888 = 0.11438 g O.

Mollar: 0.17173 ÷ 12.01 = 0.014299 mol C; 0.028888 ÷ 1.01 = 0.028602 mol H; 0.11438 ÷ 16.00 = 0.0071488 mol O. 0.0071488-ə bölmək 2.000 : 4.001 : 1 verir, buna görə empirik düstur C₂H₄O-dur və düstur kütləsi 44.06 g/mol-dur. Misli 88 ÷ 44.06 = 2.0-dır, bu da C₄H₈O₂ verir. Bir neçə müxtəlif birləşmə, o cümlədən etil asetat və butan turşusu, bu molekulyar düsturu bölüşür, buna görə maddəni müəyyən etmək üçün spektroskopiya kimi struktur dəlilləri lazım olardı.

Empirik düstur hesablamalarında səhvlərin yarandığı yerlər

Səhvlərin çoxu iki nöqtədə baş verir: nəyin mola çevriləcəyini seçməkdə və tam ədəd olmayan nisbətə necə yanaşmağı qərara almaqda. Son düsturu yazmazdan əvvəl hər ikisini yoxlayın.

Sonra cavabı məlumatlarla sınayın. Təklif etdiyiniz düsturun faiz tərkibini yenidən hesablayın və ölçülmüş qiymətlərlə müqayisə edin; yaxşı məlumatlar adətən faizin bir neçə onda biri daxilində üst-üstə düşür. Həll olunmuş nümunə 2-də C₄H₆O₄ 40.68% C, 5.13% H və 54.19% O verir və analizə uyğun gəlir.

• 1.5 və ya 1.33 nisbətini vurmaq əvəzinə ən yaxın tam ədədə yuvarlaqlaşdırmaq.
• Mol qiymətlərini bir və ya iki əhəmiyyətli rəqəmə yuvarlaqlaşdırmaq, bu aydın 1.50-ni birmənalı olmayan qiymətə çevirə bilər.
• Oksigenin kütləsini 32.00 g/mol-a bölmək. Oksigenin atom kütləsindən, 16.00-dan, istifadə edin, çünki indekslər atomları sayır.
• Yanma məhsullarındakı oksigeni nümunəyə aid etmək. Nümunənin oksigenini fərqlə tapın.
• Çatışmayan elementi nəzərə almamaq. Göstərilən faizlərin cəmi 100%-dən xeyli azdırsa, başqa element, çox vaxt oksigen, mövcuddur.
• Tam ədəd olmayan molekulyar misli qəbul etmək. Molyar kütlənin empirik düstur kütləsinə bölünməsi tam ədədə yaxın deyilsə, empirik düsturu yenidən yoxlayın.