Rumus Empiris dan Rumus Molekul dari Data

Perbandingan paling sederhana versus komposisi sebenarnya

Rumus empiris memberikan perbandingan bilangan bulat terkecil dari atom dalam suatu senyawa. Rumus molekul memberikan jumlah sebenarnya dari tiap jenis atom dalam satu molekul, dan selalu merupakan kelipatan bilangan bulat dari rumus empiris. Hidrogen peroksida memiliki rumus molekul H₂O₂ dan rumus empiris HO. Glukosa, C₆H₁₂O₆, memiliki rumus empiris CH₂O, yang sama dengan formaldehida dan asam asetat.

Data massa saja hanya dapat mengungkapkan rumus empiris, karena H₂O₂ dan HO memiliki komposisi persen yang identik. Pengukuran massa molar yang terpisah diperlukan untuk menemukan kelipatannya. Untuk senyawa ion seperti natrium klorida, yang membentuk kisi yang meluas, bukan molekul diskret, satuan rumusnya biasanya ditulis sebagai rumus empiris menurut konvensi. Pengecualiannya mempertahankan ion poliatomik tetap utuh, seperti pada natrium peroksida, Na₂O₂, yang mengandung ion peroksida O₂²⁻.

Komposisi persen dari rumus yang diketahui

Persen massa suatu unsur adalah massa unsur itu dalam satu mol senyawa dibagi massa molar, dikali 100. Panduan ini memakai bobot atom standar IUPAC yang dibulatkan sampai dua tempat desimal: H 1.01, C 12.01, N 14.01, O 16.00, S 32.06, dan Fe 55.85.

Contoh soal 1. Amonium sulfat, (NH₄)₂SO₄, digunakan sebagai pupuk nitrogen. Berapa persen massa nitrogennya? Satu satuan rumus mengandung 2 N, 8 H, 1 S, dan 4 O, sehingga massa molarnya adalah 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. Unsur lainnya masing-masing 6.11% H, 24.26% S, dan 48.43% O, dan keempat nilai itu berjumlah 100.00%, pemeriksaan yang berguna bahwa tidak ada atom yang terlewat.

Mengubah massa menjadi perbandingan mol bilangan bulat

Subskrip menghitung atom, dan atom dihitung dalam mol, sehingga metode ini selalu melalui mol. Gram dari unsur yang berbeda tidak dapat dibandingkan secara langsung karena atom-atomnya memiliki massa yang berbeda.

Langkah dari desimal ke pecahan memerlukan pertimbangan. Perbandingan hasil percobaan jarang tepat, sehingga nilai dalam kisaran sekitar 0.1 dari suatu bilangan bulat biasanya dapat dibulatkan, tetapi nilai yang mendekati 1.5, 1.33, 1.67, 1.25, atau 1.75 menandakan pecahan. Kalikan setiap perbandingan dengan 2, 3, atau 4 sesuai kebutuhan. Misalnya, sampel besi oksida yang mengandung 1.737 g Fe dan 0.747 g O menghasilkan 0.03110 mol Fe dan 0.0467 mol O. Perbandingan O:Fe adalah 1.50, sehingga dengan menggandakannya diperoleh Fe₂O₃.

• Mulailah dari massa. Jika Anda memiliki persentase, anggap sampel 100 g sehingga setiap persentase menjadi gram.
• Konversikan setiap massa ke mol menggunakan bobot atom unsur tersebut.
• Bagi setiap nilai mol dengan yang terkecil.
• Jika ada perbandingan yang tidak mendekati bilangan bulat, kalikan semua perbandingan dengan bilangan bulat terkecil yang membuatnya bulat.
• Tulis subskrip dalam urutan konvensional (untuk senyawa organik, C lebih dahulu, lalu H, kemudian sisanya menurut abjad).

Contoh soal: asam karboksilat dari komposisi persen

Contoh soal 2. Analisis suatu asam kristal putih memberikan 40.68% C, 5.13% H, dan 54.19% O menurut massa. Pengukuran terpisah menetapkan massa molarnya 118 g/mol. Temukan rumus empiris dan rumus molekulnya.

Anggap 100 g, sehingga sampel memiliki 40.68 g C, 5.13 g H, dan 54.19 g O. Konversikan ke mol: 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. Bagi dengan nilai terkecil, 3.387: C 1.000, H 1.500, O 1.000.

Perbandingan hidrogen 1.500 adalah setengah, bukan galat pembulatan, jadi kalikan setiap perbandingan dengan 2: C₂H₃O₂. Massa rumusnya adalah 2(12.01) + 3(1.01) + 2(16.00) = 59.05 g/mol. Kelipatannya adalah 118 ÷ 59.05 = 2.00, sehingga rumus molekulnya C₄H₆O₄. Ini adalah rumus asam suksinat. Membulatkan 1.5 ke atas menjadi 2 akan menghasilkan CH₂O (30.03 g/mol), dan 118 ÷ 30.03 = 3.93 bukan bilangan bulat, tanda bahwa rumus empirisnya salah.

Contoh soal: analisis pembakaran cairan organik

Contoh soal 3. Sampel cairan seberat 0.3150 g yang hanya mengandung C, H, dan O dibakar sempurna dalam oksigen berlebih. Pembakaran itu menghasilkan 0.6293 g CO₂ dan 0.2577 g H₂O. Uap cairan itu memiliki massa molar sekitar 88 g/mol. Temukan kedua rumusnya.

Seluruh karbon berakhir sebagai CO₂ dan seluruh hidrogen sebagai H₂O. Massa C = 0.6293 g CO₂ × (12.01 g C / 44.01 g CO₂) = 0.17173 g. Massa H = 0.2577 g H₂O × (2.02 g H / 18.02 g H₂O) = 0.028888 g. Oksigen tidak dapat ditelusuri dengan cara yang sama, karena sebagian besar oksigen dalam produk berasal dari pasokan O₂, jadi carilah dengan selisih: 0.3150 − 0.17173 − 0.028888 = 0.11438 g O.

Mol: 0.17173 ÷ 12.01 = 0.014299 mol C; 0.028888 ÷ 1.01 = 0.028602 mol H; 0.11438 ÷ 16.00 = 0.0071488 mol O. Pembagian dengan 0.0071488 menghasilkan 2.000 : 4.001 : 1, sehingga rumus empirisnya adalah C₂H₄O, dengan massa rumus 44.06 g/mol. Kelipatannya adalah 88 ÷ 44.06 = 2.0, menghasilkan C₄H₈O₂. Beberapa senyawa berbeda memiliki rumus molekul ini, termasuk etil asetat dan asam butanoat, sehingga mengidentifikasi zatnya memerlukan bukti struktur seperti spektroskopi.

Di mana perhitungan rumus empiris sering salah

Sebagian besar kesalahan terjadi pada dua titik: memilih apa yang dikonversi menjadi mol, dan memutuskan cara memperlakukan perbandingan yang bukan bilangan bulat. Periksa keduanya sebelum Anda menulis rumus akhir.

Lalu uji jawaban terhadap data. Hitung ulang komposisi persen dari rumus yang Anda usulkan dan bandingkan dengan nilai terukur; data yang baik biasanya cocok dalam kisaran beberapa persepuluh persen. Dalam contoh soal 2, C₄H₆O₄ memberikan 40.68% C, 5.13% H, dan 54.19% O, sesuai dengan hasil analisis.

• Membulatkan perbandingan 1.5 atau 1.33 ke bilangan bulat terdekat, bukan mengalikannya seluruhnya.
• Membulatkan nilai mol menjadi satu atau dua angka penting, yang dapat mengubah 1.50 yang jelas menjadi sesuatu yang ambigu.
• Membagi massa oksigen dengan 32.00 g/mol. Gunakan bobot atom O, yaitu 16.00, karena subskrip menghitung atom.
• Menganggap oksigen dalam produk pembakaran berasal dari sampel. Cari oksigen dalam sampel dengan selisih.
• Mengabaikan unsur yang hilang. Jika persentase yang dinyatakan berjumlah jauh di bawah 100%, ada unsur lain, sering kali oksigen.
• Menerima kelipatan molekul yang bukan bilangan bulat. Jika massa molar ÷ massa rumus empiris tidak mendekati bilangan bulat, periksa kembali rumus empirisnya.