Empirical at Molecular Formula Mula sa Datos

Pinakasimpleng ratio laban sa aktuwal na komposisyon

Ang empirical formula ay nagbibigay ng pinakamaliit na ratio ng mga atom sa isang compound na buong bilang. Ang molecular formula ay nagbibigay ng aktuwal na bilang ng bawat uri ng atom sa isang molecule, at lagi itong buong bilang na multiple ng empirical formula. Ang hydrogen peroxide ay may molecular formula na H₂O₂ at empirical formula na HO. Ang glucose, C₆H₁₂O₆, ay may empirical formula na CH₂O, na pareho sa formaldehyde at acetic acid.

Empirical formula lang ang maibubunyag ng datos ng masa, dahil magkapareho ang percent composition ng H₂O₂ at HO. Kailangan ng hiwalay na pagsukat ng molar mass para mahanap ang multiple. Para sa mga ionic compound tulad ng sodium chloride, na bumubuo ng mga mahabang lattice sa halip na magkakahiwalay na molecule, karaniwang isinusulat bilang empirical formula ang formula unit ayon sa kumbensyon. Pinananatiling buo ng mga eksepsyon ang isang polyatomic ion, tulad ng sodium peroxide, Na₂O₂, na naglalaman ng peroxide ion na O₂²⁻.

Percent composition mula sa kilalang formula

Ang mass percent ng isang elemento ay ang masa ng elementong iyon sa isang mole ng compound na hinati sa molar mass, na minu-multiply sa 100. Gumagamit ang gabay na ito ng mga standard atomic weight ng IUPAC na naka-round sa dalawang decimal place: H 1.01, C 12.01, N 14.01, O 16.00, S 32.06, at Fe 55.85.

Halimbawang may solusyon 1. Ginagamit ang ammonium sulfate, (NH₄)₂SO₄, bilang pataba ng nitrogen. Ano ang mass percent nito ng nitrogen? Ang isang formula unit ay naglalaman ng 2 N, 8 H, 1 S, at 4 O, kaya ang molar mass ay 2(14.01) + 8(1.01) + 32.06 + 4(16.00) = 28.02 + 8.08 + 32.06 + 64.00 = 132.16 g/mol. Nitrogen: 28.02 ÷ 132.16 × 100 = 21.20% N. Ang ibang mga elemento ay lumalabas na 6.11% H, 24.26% S, at 48.43% O, at ang apat na halaga ay nagsasama sa 100.00%, isang kapaki-pakinabang na pagsusuri na walang atom na nakaligtaan.

Paggawa ng mga masa tungo sa ratio ng mole na buong bilang

Binibilang ng mga subscript ang mga atom, at binibilang sa mole ang mga atom, kaya laging dumadaan sa mole ang pamamaraan. Hindi direktang maihahambing ang gramo ng magkakaibang elemento dahil magkakaiba ang masa ng kanilang mga atom.

Nangangailangan ng paghuhusga ang hakbang mula decimal tungo sa praksyon. Bihirang eksakto ang mga ratio sa eksperimento, kaya ang halagang nasa loob ng mga 0.1 ng isang buong bilang ay kadalasang maaaring i-round, ngunit ang halagang malapit sa 1.5, 1.33, 1.67, 1.25, o 1.75 ay nagpapahiwatig ng praksyon. I-multiply ang bawat ratio sa 2, 3, o 4 ayon sa angkop. Halimbawa, ang sample ng iron oxide na naglalaman ng 1.737 g Fe at 0.747 g O ay nagbibigay ng 0.03110 mol Fe at 0.0467 mol O. Ang ratio na O:Fe ay 1.50, kaya ang pagdoble ay nagbibigay ng Fe₂O₃.

• Magsimula sa mga masa. Kung may mga porsyento ka, ipagpalagay ang 100 g na sample para maging gramo ang bawat porsyento.
• I-convert ang bawat masa sa mole gamit ang atomic weight ng elementong iyon.
• Hatiin ang bawat halaga ng mole sa pinakamaliit.
• Kung may ratio na hindi malapit sa buong bilang, i-multiply ang lahat ng ratio sa pinakamaliit na integer na gagawa sa mga itong buo.
• Isulat ang mga subscript sa nakagawiang pagkakasunod-sunod (sa mga organic compound, C muna, saka H, saka ang iba ayon sa alpabeto).

Halimbawang may solusyon: isang carboxylic acid mula sa percent composition

Halimbawang may solusyon 2. Ang pagsusuri sa isang puting mala-kristal na acid ay nagbibigay ng 40.68% C, 5.13% H, at 54.19% O ayon sa masa. Ang hiwalay na pagsukat ay naglalagay ng molar mass nito sa 118 g/mol. Hanapin ang empirical at molecular formula.

Ipagpalagay ang 100 g, kaya ang sample ay may 40.68 g C, 5.13 g H, at 54.19 g O. I-convert sa mole: 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. Hatiin sa pinakamaliit na halaga, 3.387: C 1.000, H 1.500, O 1.000.

Ang ratio ng hydrogen na 1.500 ay kalahati, hindi error sa pag-round, kaya i-multiply ang bawat ratio sa 2: C₂H₃O₂. Ang formula mass nito ay 2(12.01) + 3(1.01) + 2(16.00) = 59.05 g/mol. Ang multiple ay 118 ÷ 59.05 = 2.00, kaya ang molecular formula ay C₄H₆O₄. Ito ang formula ng succinic acid. Kung ni-round pataas ang 1.5 sa 2, makukuha ang CH₂O (30.03 g/mol), at ang 118 ÷ 30.03 = 3.93 ay hindi buong bilang, tanda na mali ang empirical formula.

Halimbawang may solusyon: combustion analysis ng isang organic na likido

Halimbawang may solusyon 3. Ang 0.3150 g na sample ng likidong C, H, at O lang ang laman ay lubusang sinunog sa sobrang oxygen. Gumagawa ito ng 0.6293 g CO₂ at 0.2577 g H₂O. Ang singaw ay may molar mass na mga 88 g/mol. Hanapin ang dalawang formula.

Napupunta sa CO₂ ang lahat ng carbon at sa H₂O ang lahat ng hydrogen. Masa ng C = 0.6293 g CO₂ × (12.01 g C / 44.01 g CO₂) = 0.17173 g. Masa ng H = 0.2577 g H₂O × (2.02 g H / 18.02 g H₂O) = 0.028888 g. Hindi masusubaybayan ang oxygen sa parehong paraan, dahil malaking bahagi ng oxygen sa mga produkto ay nagmula sa supply ng O₂, kaya hanapin ito sa pamamagitan ng pagkakaiba: 0.3150 − 0.17173 − 0.028888 = 0.11438 g O.

Mole: 0.17173 ÷ 12.01 = 0.014299 mol C; 0.028888 ÷ 1.01 = 0.028602 mol H; 0.11438 ÷ 16.00 = 0.0071488 mol O. Ang paghahati sa 0.0071488 ay nagbibigay ng 2.000 : 4.001 : 1, kaya ang empirical formula ay C₂H₄O, na may formula mass na 44.06 g/mol. Ang multiple ay 88 ÷ 44.06 = 2.0, na nagbibigay ng C₄H₈O₂. Maraming magkakaibang compound ang may ganitong molecular formula, kasama ang ethyl acetate at butanoic acid, kaya ang pagtukoy sa substansiya ay mangangailangan ng ebidensya sa estruktura tulad ng spectroscopy.

Kung saan nagkakamali ang mga kalkulasyon ng empirical formula

Karamihan sa mga error ay nangyayari sa dalawang punto: sa pagpili kung ano ang iko-convert sa mole, at sa pagpapasya kung paano ituturing ang ratio na hindi buong bilang. Suriin ang dalawa bago isulat ang huling formula.

Pagkatapos ay subukan ang sagot laban sa datos. Kalkulahin muli ang percent composition ng iminumungkahi mong formula at ihambing ito sa mga sinukat na halaga; karaniwang nagkakasundo ang magandang datos sa loob ng ilang ikasampu ng isang porsyento. Sa halimbawang may solusyon 2, ang C₄H₆O₄ ay nagbibigay ng 40.68% C, 5.13% H, at 54.19% O, na tugma sa pagsusuri.

• Pag-round ng ratio na 1.5 o 1.33 sa pinakamalapit na integer sa halip na mag-multiply sa lahat.
• Pag-round ng mga halaga ng mole sa isa o dalawang mahalagang digit, na maaaring gawing malabo ang malinaw na 1.50.
• Paghati ng masa ng oxygen sa 32.00 g/mol. Gamitin ang atomic weight ng O, 16.00, dahil binibilang ng mga subscript ang mga atom.
• Pag-aatas ng oxygen sa mga produkto ng combustion sa sample. Hanapin ang oxygen ng sample sa pamamagitan ng pagkakaiba.
• Pagwawalang-bahala sa nawawalang elemento. Kung malayong mas mababa sa 100% ang kabuuan ng mga nakasaad na porsyento, may ibang elemento, kadalasang oxygen, na naroroon.
• Pagtanggap sa molecular multiple na hindi integer. Kung ang molar mass ÷ masa ng empirical formula ay hindi malapit sa buong bilang, suriin muli ang empirical formula.