Einföldustu formúlur og sameindaformúlur út frá gögnum

Einfaldasta hlutfall á móti raunverulegri samsetningu

Einföldust formúla gefur minnsta heiltöluhlutfall atóma í efnasambandi. Sameindaformúla gefur raunverulegan fjölda atóma af hverri gerð í einni sameind og er alltaf heiltölumargfeldi einföldustu formúlunnar. Vetnisperoxíð hefur sameindaformúluna H₂O₂ og einföldustu formúluna HO. Glúkósi, C₆H₁₂O₆, hefur einföldustu formúluna CH₂O, sem hann á sameiginlega með formaldehýði og ediksýru.

Massagögn ein og sér geta aðeins leitt í ljós einföldustu formúluna, því H₂O₂ og HO hafa sömu massahlutföll. Sérstaka mælingu á mólmassa þarf til að finna margfeldið. Fyrir jónasambönd eins og natríumklóríð, sem mynda víðáttumiklar kristalgrindur frekar en stakar sameindir, er formúlueiningin yfirleitt skrifuð sem einföldust formúla samkvæmt venju. Undantekningarnar halda fjölatóma jón óskertri, eins og í natríumperoxíði, Na₂O₂, sem inniheldur peroxíðjónina O₂²⁻.

Massahlutföll út frá þekktri formúlu

Massaprósenta frumefnis er massi þess frumefnis í einu móli efnasambandsins deilt með mólmassanum, margfaldað með 100. Þessi leiðarvísir notar staðlaða atómmassa IUPAC námundaða í tvo aukastafi: H 1.01, C 12.01, N 14.01, O 16.00, S 32.06 og Fe 55.85.

Dæmi 1. Ammóníumsúlfat, (NH₄)₂SO₄, er notað sem köfnunarefnisáburður. Hver er massaprósenta köfnunarefnis í því? Ein formúlueining inniheldur 2 N, 8 H, 1 S og 4 O, svo mólmassinn er 2(14.01) + 8(1.01) + 32.06 + 4(16.00) = 28.02 + 8.08 + 32.06 + 64.00 = 132.16 g/mol. Köfnunarefni: 28.02 ÷ 132.16 × 100 = 21.20% N. Hin frumefnin reiknast sem 6.11% H, 24.26% S og 48.43% O, og gildin fjögur leggjast saman í 100.00%, sem er gagnleg athugun á að engin atóm hafi gleymst.

Að breyta massa í heiltöluhlutfall móla

Hjástafir telja atóm og atóm eru talin í mólum, svo aðferðin fer alltaf í gegnum mól. Ekki er hægt að bera saman grömm af mismunandi frumefnum beint því atóm þeirra hafa mismunandi massa.

Skrefið frá tugabroti í almennt brot krefst dómgreindar. Hlutföll úr tilraunum eru sjaldan nákvæm, svo gildi innan um það bil 0.1 frá heilli tölu má yfirleitt námunda, en gildi nálægt 1.5, 1.33, 1.67, 1.25 eða 1.75 gefur til kynna almennt brot. Margfaldaðu öll hlutföll með 2, 3 eða 4 eftir því sem við á. Til dæmis gefur sýni af járnoxíði sem inniheldur 1.737 g Fe og 0.747 g O 0.03110 mol Fe og 0.0467 mol O. Hlutfallið O:Fe er 1.50, svo tvöföldun gefur Fe₂O₃.

• Byrjaðu á massa. Ef þú hefur hundraðshluta skaltu gera ráð fyrir 100 g sýni þannig að hver hundraðshluti verði að grömmum.
• Umbreyttu hverjum massa í mól með atómmassa þess frumefnis.
• Deildu öllum molagildum með því minnsta.
• Ef eitthvert hlutfall er ekki nálægt heilli tölu skaltu margfalda öll hlutföllin með minnstu heiltölunni sem gerir þau heil.
• Skrifaðu hjástafina í hefðbundinni röð (fyrir lífræn efnasambönd, C fyrst, síðan H og svo hin í stafrófsröð).

Útreiknað dæmi: karboxýlsýra út frá massahlutföllum

Dæmi 2. Greining á hvítri kristallaðri sýru gefur 40.68% C, 5.13% H og 54.19% O miðað við massa. Sérstök mæling gefur mólmassa hennar 118 g/mol. Finndu einföldustu formúluna og sameindaformúluna.

Gerðu ráð fyrir 100 g, svo sýnið hefur 40.68 g C, 5.13 g H og 54.19 g O. Umbreyttu í mól: 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. Deildu með minnsta gildinu, 3.387: C 1.000, H 1.500, O 1.000.

Vetnishlutfallið 1.500 er hálft, ekki námundunarskekkja, svo margfaldaðu öll hlutföll með 2: C₂H₃O₂. Formúlumassi hennar er 2(12.01) + 3(1.01) + 2(16.00) = 59.05 g/mol. Margfeldið er 118 ÷ 59.05 = 2.00, svo sameindaformúlan er C₄H₆O₄. Þetta er formúla ravsýru. Að námunda 1.5 upp í 2 hefði gefið CH₂O (30.03 g/mol), og 118 ÷ 30.03 = 3.93 er ekki heil tala, sem bendir til þess að einföldustu formúlan sé röng.

Útreiknað dæmi: brunagreining á lífrænum vökva

Dæmi 3. Sýni af vökva sem inniheldur aðeins C, H og O, 0.3150 g að massa, er brennt til fulls í umframsúrefni. Það myndar 0.6293 g CO₂ og 0.2577 g H₂O. Gufan hefur mólmassa um 88 g/mol. Finndu báðar formúlurnar.

Allt kolefnið endar í CO₂ og allt vetnið í H₂O. Massi C = 0.6293 g CO₂ × (12.01 g C / 44.01 g CO₂) = 0.17173 g. Massi H = 0.2577 g H₂O × (2.02 g H / 18.02 g H₂O) = 0.028888 g. Ekki er hægt að rekja súrefnið á sama hátt, því mikið af súrefninu í myndefnunum kom úr O₂-framboðinu, svo finndu það með mismun: 0.3150 − 0.17173 − 0.028888 = 0.11438 g O.

Mól: 0.17173 ÷ 12.01 = 0.014299 mol C; 0.028888 ÷ 1.01 = 0.028602 mol H; 0.11438 ÷ 16.00 = 0.0071488 mol O. Deiling með 0.0071488 gefur 2.000 : 4.001 : 1, svo einföldust formúla er C₂H₄O með formúlumassann 44.06 g/mol. Margfeldið er 88 ÷ 44.06 = 2.0, sem gefur C₄H₈O₂. Nokkur mismunandi efnasambönd deila þessari sameindaformúlu, þar á meðal etýlasetat og bútansýra, svo til að bera kennsl á efnið þyrfti vísbendingar um gerð, svo sem úr litrófsgreiningu.

Hvar útreikningar á einföldustu formúlu fara úrskeiðis

Flestar villur verða á tveimur stöðum: við val á því hvað á að umbreyta í mól og við ákvörðun um hvernig fara á með hlutfall sem er ekki heil tala. Athugaðu hvort tveggja áður en þú skrifar lokaformúluna.

Prófaðu síðan svarið gegn gögnunum. Endurreiknaðu massahlutföll formúlunnar sem þú leggur til og berðu þau saman við mældu gildin; góð gögn stemma yfirleitt innan nokkurra tíundu hluta úr prósentu. Í dæmi 2 gefur C₄H₆O₄ 40.68% C, 5.13% H og 54.19% O, sem passar við greininguna.

• Að námunda hlutfall eins og 1.5 eða 1.33 í næstu heiltölu í stað þess að margfalda í gegn.
• Að námunda molagildin í einn eða tvo marktæka tölustafi, sem getur gert skýrt 1.50 að einhverju tvíræðu.
• Að deila massa súrefnis með 32.00 g/mol. Notaðu atómmassa O, 16.00, því hjástafir telja atóm.
• Að eigna sýninu súrefnið í brunamyndefnunum. Finndu súrefni sýnisins með mismun.
• Að horfa fram hjá frumefni sem vantar. Ef uppgefnir hundraðshlutar leggjast saman í talsvert minna en 100% er annað frumefni, oft súrefni, til staðar.
• Að samþykkja margfeldi sameindar sem er ekki heil tala. Ef mólmassi ÷ massi einföldustu formúlu er ekki nálægt heilli tölu skaltu endurskoða einföldustu formúluna.