Էմպիրիկ և մոլեկուլային բանաձևեր՝ ըստ տվյալների

Ամենապարզ հարաբերությունն ընդդեմ իրական բաղադրության

Էմպիրիկ բանաձևը ցույց է տալիս միացության մեջ ատոմների ամենափոքր ամբողջ թվային հարաբերությունը։ Մոլեկուլային բանաձևը ցույց է տալիս մեկ մոլեկուլում յուրաքանչյուր տեսակի ատոմների իրական քանակը, և այն միշտ էմպիրիկ բանաձևի ամբողջ թվային բազմապատիկն է։ Ջրածնի պերօքսիդն ունի H₂O₂ մոլեկուլային և HO էմպիրիկ բանաձև։ Գլյուկոզը՝ C₆H₁₂O₆-ը, ունի CH₂O էմպիրիկ բանաձև, որը համընկնում է ֆորմալդեհիդի և քացախաթթվի էմպիրիկ բանաձևի հետ։

Զանգվածային տվյալները միայնակ կարող են բացահայտել միայն էմպիրիկ բանաձևը, քանի որ H₂O₂-ն ու HO-ն ունեն նույն տոկոսային բաղադրությունը։ Բազմապատիկը գտնելու համար պետք է մոլային զանգվածի առանձին չափում։ Իոնային միացությունների համար, ինչպես նատրիումի քլորիդը, որոնք առաջացնում են ընդարձակ ցանցեր, այլ ոչ թե առանձին մոլեկուլներ, բանաձևային միավորը սովորաբար գրվում է որպես էմպիրիկ բանաձև՝ ըստ ընդունված կարգի։ Բացառությունները պահպանում են բազմատոմ իոնը անփոփոխ, ինչպես նատրիումի պերօքսիդում՝ Na₂O₂-ում, որը պարունակում է պերօքսիդ իոնը՝ O₂²⁻։

Տոկոսային բաղադրությունը հայտնի բանաձևից

Տարրի զանգվածային տոկոսը այդ տարրի զանգվածն է միացության մեկ մոլում՝ բաժանած մոլային զանգվածի վրա, բազմապատկած 100-ով։ Այս ուղեցույցը օգտագործում է IUPAC-ի ստանդարտ ատոմային զանգվածները՝ կլորացված երկու տասնորդականի. H 1.01, C 12.01, N 14.01, O 16.00, S 32.06 և Fe 55.85։

Լուծված օրինակ 1։ Ամոնիումի սուլֆատը՝ (NH₄)₂SO₄-ը, օգտագործվում է որպես ազոտական պարարտանյութ։ Որքա՞ն է դրա ազոտի զանգվածային տոկոսը։ Մեկ բանաձևային միավորը պարունակում է 2 N, 8 H, 1 S և 4 O, ուստի մոլային զանգվածը 2(14.01) + 8(1.01) + 32.06 + 4(16.00) = 28.02 + 8.08 + 32.06 + 64.00 = 132.16 g/mol է։ Ազոտ՝ 28.02 ÷ 132.16 × 100 = 21.20% N։ Մյուս տարրերի համար ստացվում է 6.11% H, 24.26% S և 48.43% O, և չորս արժեքների գումարը 100.00% է, ինչը օգտակար ստուգում է, որ ոչ մի ատոմ բաց չի թողնվել։

Զանգվածների վերածումը մոլերի ամբողջ թվային հարաբերության

Ինդեքսները հաշվում են ատոմները, իսկ ատոմները հաշվվում են մոլերով, ուստի եղանակը միշտ անցնում է մոլերի միջով։ Տարբեր տարրերի գրամները չի կարելի ուղղակիորեն համեմատել, քանի որ նրանց ատոմներն ունեն տարբեր զանգվածներ։

Տասնորդականից կոտորակին անցման քայլը դատողություն է պահանջում։ Փորձարարական հարաբերությունները հազվադեպ են ճշգրիտ, ուստի ամբողջ թվից մոտ 0.1-ի սահմաններում գտնվող արժեքը սովորաբար կարելի է կլորացնել, բայց 1.5-ին, 1.33-ին, 1.67-ին, 1.25-ին կամ 1.75-ին մոտ արժեքը կոտորակ է ազդարարում։ Բազմապատկեք բոլոր հարաբերությունները 2-ով, 3-ով կամ 4-ով՝ ըստ անհրաժեշտության։ Օրինակ՝ երկաթի օքսիդի նմուշը, որը պարունակում է 1.737 g Fe և 0.747 g O, տալիս է 0.03110 mol Fe և 0.0467 mol O։ O:Fe հարաբերությունը 1.50 է, ուստի կրկնապատկելով ստացվում է Fe₂O₃։

• Սկսեք զանգվածներից։ Եթե ունեք տոկոսներ, ենթադրեք 100 g նմուշ, որպեսզի յուրաքանչյուր տոկոս դառնա գրամ։
• Յուրաքանչյուր զանգված փոխարկեք մոլերի՝ օգտագործելով այդ տարրի ատոմային զանգվածը։
• Բաժանեք մոլերի բոլոր արժեքները դրանցից ամենափոքրի վրա։
• Եթե որևէ հարաբերություն ամբողջ թվին մոտ չէ, բազմապատկեք բոլոր հարաբերությունները այն ամենափոքր ամբողջ թվով, որը դրանք դարձնում է ամբողջ։
• Գրեք ինդեքսները ընդունված կարգով (օրգանական միացությունների համար՝ նախ C, ապա H, ապա մնացածը այբբենական կարգով)։

Լուծված օրինակ՝ կարբոնաթթու տոկոսային բաղադրությունից

Լուծված օրինակ 2։ Սպիտակ բյուրեղային թթվի վերլուծությունը տալիս է 40.68% C, 5.13% H և 54.19% O ըստ զանգվածի։ Առանձին չափումը նրա մոլային զանգվածը որոշում է 118 g/mol։ Գտեք էմպիրիկ և մոլեկուլային բանաձևերը։

Ենթադրեք 100 g, ուստի նմուշն ունի 40.68 g C, 5.13 g H և 54.19 g O։ Փոխարկեք մոլերի՝ 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։ Բաժանեք ամենափոքր արժեքի՝ 3.387-ի վրա՝ C 1.000, H 1.500, O 1.000։

Ջրածնի 1.500 հարաբերությունը կես է, այլ ոչ թե կլորացման սխալ, ուստի բազմապատկեք բոլոր հարաբերությունները 2-ով՝ C₂H₃O₂։ Դրա բանաձևային զանգվածը 2(12.01) + 3(1.01) + 2(16.00) = 59.05 g/mol է։ Բազմապատիկը 118 ÷ 59.05 = 2.00 է, ուստի մոլեկուլային բանաձևը C₄H₆O₄ է։ Սա սուկցինաթթվի (սաթաթթվի) բանաձևն է։ 1.5-ը 2-ի կլորացնելը կտար CH₂O (30.03 g/mol), և 118 ÷ 30.03 = 3.93 ամբողջ թիվ չէ, ինչը նշան է, որ էմպիրիկ բանաձևը սխալ է։

Լուծված օրինակ՝ օրգանական հեղուկի այրման անալիզ

Լուծված օրինակ 3։ Միայն C, H և O պարունակող հեղուկի 0.3150 g նմուշն ամբողջությամբ այրվում է թթվածնի ավելցուկում։ Այն առաջացնում է 0.6293 g CO₂ և 0.2577 g H₂O։ Գոլորշու մոլային զանգվածը մոտ 88 g/mol է։ Գտեք երկու բանաձևերը։

Ամբողջ ածխածինը հայտնվում է CO₂-ում, իսկ ամբողջ ջրածինը՝ H₂O-ում։ C-ի զանգված = 0.6293 g CO₂ × (12.01 g C / 44.01 g CO₂) = 0.17173 g։ H-ի զանգված = 0.2577 g H₂O × (2.02 g H / 18.02 g H₂O) = 0.028888 g։ Թթվածինը նույն կերպ հետևել չի կարելի, քանի որ արգասիքներում թթվածնի մեծ մասը գալիս է O₂-ի մատակարարումից, ուստի գտեք այն տարբերությամբ՝ 0.3150 − 0.17173 − 0.028888 = 0.11438 g O։

Մոլեր՝ 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-ի վրա բաժանելը տալիս է 2.000 : 4.001 : 1, ուստի էմպիրիկ բանաձևը C₂H₄O է՝ 44.06 g/mol բանաձևային զանգվածով։ Բազմապատիկը 88 ÷ 44.06 = 2.0 է, ինչը տալիս է C₄H₈O₂։ Այս մոլեկուլային բանաձևն ունեն մի քանի տարբեր միացություններ, այդ թվում՝ էթիլացետատը և յուղաթթուն, ուստի նյութը որոշելու համար կպահանջվեն կառուցվածքային ապացույցներ, օրինակ՝ սպեկտրոսկոպիա։

Որտեղ են էմպիրիկ բանաձևի հաշվարկները սխալվում

Սխալների մեծ մասը տեղի է ունենում երկու կետում՝ ընտրելիս, թե ինչը փոխարկել մոլերի, և որոշելիս, թե ինչպես վարվել ամբողջ թիվ չհանդիսացող հարաբերության հետ։ Վերջնական բանաձևը գրելուց առաջ ստուգեք երկուսն էլ։

Ապա ստուգեք պատասխանը տվյալների համեմատ։ Նորից հաշվեք ձեր առաջարկած բանաձևի տոկոսային բաղադրությունը և համեմատեք չափված արժեքների հետ. լավ տվյալները սովորաբար համընկնում են տոկոսի մի քանի տասնորդականի սահմաններում։ Լուծված օրինակ 2-ում C₄H₆O₄-ն տալիս է 40.68% C, 5.13% H և 54.19% O, ինչը համապատասխանում է անալիզին։

• 1.5 կամ 1.33 հարաբերությունը մոտակա ամբողջ թվին կլորացնել՝ ամբողջը բազմապատկելու փոխարեն։
• Մոլերի արժեքները մեկ կամ երկու նշանակալի թվանշանի կլորացնելը, ինչը պարզ 1.50-ը կարող է դարձնել երկիմաստ մի բան։
• Թթվածնի զանգվածը բաժանել 32.00 g/mol-ի վրա։ Օգտագործեք O-ի ատոմային զանգվածը՝ 16.00, քանի որ ինդեքսները հաշվում են ատոմներ։
• Այրման արգասիքներում թթվածինը վերագրել նմուշին։ Նմուշի թթվածինը գտեք տարբերությամբ։
• Բացակայող տարրը անտեսելը։ Եթե նշված տոկոսների գումարը շատ ավելի քիչ է 100%-ից, ներկա է մեկ այլ տարր, հաճախ՝ թթվածին։
• Ոչ ամբողջ թվային մոլեկուլային բազմապատիկը ընդունելը։ Եթե մոլային զանգված ÷ էմպիրիկ բանաձևի զանգված հարաբերությունը ամբողջ թվին մոտ չէ, նորից ստուգեք էմպիրիկ բանաձևը։