Деректерден қарапайым және молекулалық формулалар

Ең қарапайым қатынас және нақты құрам

Қарапайым формула қосылыстағы атомдардың ең кіші бүтін сандық қатынасын береді. Молекулалық формула бір молекуладағы әр түрлі атомның нақты санын береді және ол әрқашан қарапайым формулаға бүтін еселі болады. Сутек пероксидінің молекулалық формуласы H₂O₂, ал қарапайым формуласы HO. Глюкозаның C₆H₁₂O₆ формуласының қарапайым формуласы CH₂O, оны формальдегид пен сірке қышқылы да бөліседі.

Тек массалық деректер қарапайым формуланы ғана аша алады, өйткені H₂O₂ мен HO-ның пайыздық құрамы бірдей. Еселікті табу үшін молярлық массаны бөлек өлшеу қажет. Жеке молекулалардан емес, ұзартылған торлардан тұратын натрий хлориді сияқты иондық қосылыстар үшін формулалық бірлік келісім бойынша әдетте қарапайым формула ретінде жазылады. Ерекшеліктерде көпатомды ион бүтін қалады, мысалы құрамында пероксид ионы O₂²⁻ бар натрий пероксиді Na₂O₂.

Белгілі формуладан пайыздық құрам

Элементтің массалық пайызы — қосылыстың бір молінде сол элементтің массасын молярлық массаға бөліп, 100-ге көбейткенге тең. Бұл нұсқаулықта екі ондық таңбаға дейін дөңгелектелген IUPAC стандартты атомдық салмақтары қолданылады: H 1.01, C 12.01, N 14.01, O 16.00, S 32.06 және Fe 55.85.

1-шешілген мысал. Аммоний сульфаты (NH₄)₂SO₄ азоттық тыңайтқыш ретінде қолданылады. Оның азоттың массалық пайызы қандай? Бір формулалық бірлікте 2 N, 8 H, 1 S және 4 O бар, сондықтан молярлық масса 2(14.01) + 8(1.01) + 32.06 + 4(16.00) = 28.02 + 8.08 + 32.06 + 64.00 = 132.16 g/mol. Азот: 28.02 ÷ 132.16 × 100 = 21.20% N. Қалған элементтер 6.11% H, 24.26% S және 48.43% O болады, ал төрт мәннің қосындысы 100.00%, бұл ешбір атом жіберіліп кетпегенін тексеретін пайдалы тексеру.

Массаларды бүтін сандық моль қатынасына айналдыру

Индекстер атомдарды санайды, ал атомдар мольмен саналады, сондықтан әдіс әрқашан мольдер арқылы өтеді. Әртүрлі элементтердің граммдарын тікелей салыстыруға болмайды, өйткені олардың атомдарының массалары әртүрлі.

Ондықтан бөлшекке көшу қадамына байыптылық қажет. Тәжірибелік қатынастар сирек дәл болады, сондықтан бүтін саннан шамамен 0.1 шегіндегі мәнді әдетте дөңгелектеуге болады, бірақ 1.5, 1.33, 1.67, 1.25 немесе 1.75-ке жақын мән бөлшекті көрсетеді. Әр қатынасты тиісінше 2, 3 немесе 4-ке көбейтіңіз. Мысалы, 1.737 g Fe және 0.747 g O бар темір оксиді үлгісі 0.03110 mol Fe және 0.0467 mol O береді. O:Fe қатынасы 1.50, сондықтан екіге көбейту Fe₂O₃ береді.

• Массалардан бастаңыз. Егер сізде пайыздар болса, 100 g үлгіні болжаңыз, сонда әр пайыз граммға айналады.
• Әр массаны сол элементтің атомдық салмағы арқылы мольге түрлендіріңіз.
• Әр моль мәнін ең кішісіне бөліңіз.
• Егер қандай да бір қатынас бүтін санға жақын болмаса, барлық қатынастарды оларды бүтін ететін ең кіші бүтін санға көбейтіңіз.
• Индекстерді жалпы қабылданған ретпен жазыңыз (органикалық қосылыстар үшін алдымен C, содан кейін H, қалғаны әліпби бойынша).

Шешілген мысал: пайыздық құрамнан карбон қышқылы

2-шешілген мысал. Ақ кристалды қышқылды талдау массасы бойынша 40.68% C, 5.13% H және 54.19% O береді. Бөлек өлшеу оның молярлық массасын 118 g/mol деп анықтайды. Қарапайым және молекулалық формулаларды табыңыз.

100 g деп болжаңыз, сонда үлгіде 40.68 g C, 5.13 g H және 54.19 g O бар. Мольге түрлендіріңіз: 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. Ең кіші мәнге, 3.387-ге, бөліңіз: C 1.000, H 1.500, O 1.000.

Сутектің 1.500 қатынасы дөңгелектеу қателігі емес, жартысы, сондықтан әр қатынасты 2-ге көбейтіңіз: C₂H₃O₂. Оның формулалық массасы 2(12.01) + 3(1.01) + 2(16.00) = 59.05 g/mol. Еселік 118 ÷ 59.05 = 2.00, сондықтан молекулалық формула C₄H₆O₄. Бұл янтарь қышқылының формуласы. 1.5-ті 2-ге дейін жоғарылату CH₂O (30.03 g/mol) берер еді, ал 118 ÷ 30.03 = 3.93 бүтін сан емес, бұл қарапайым формуланың қате екенінің белгісі.

Шешілген мысал: органикалық сұйықтықтың жану талдауы

3-шешілген мысал. Тек C, H және O бар сұйықтықтың 0.3150 g үлгісі артық оттекте толық жағылады. Ол 0.6293 g CO₂ және 0.2577 g H₂O түзеді. Будың молярлық массасы шамамен 88 g/mol. Екі формуланы да табыңыз.

Көміртектің бәрі CO₂-ге, сутектің бәрі H₂O-ға өтеді. C массасы = 0.6293 g CO₂ × (12.01 g C / 44.01 g CO₂) = 0.17173 g. H массасы = 0.2577 g H₂O × (2.02 g H / 18.02 g H₂O) = 0.028888 g. Оттекті дәл осылай анықтау мүмкін емес, өйткені өнімдердегі оттектің көбі O₂ берілісінен келді, сондықтан оны айырма арқылы табыңыз: 0.3150 − 0.17173 − 0.028888 = 0.11438 g O.

Мольдер: 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-ге бөлгенде 2.000 : 4.001 : 1 шығады, сондықтан қарапайым формула C₂H₄O, формулалық массасы 44.06 g/mol. Еселік 88 ÷ 44.06 = 2.0, бұл C₄H₈O₂ береді. Бұл молекулалық формуланы бірнеше түрлі қосылыс бөліседі, соның ішінде этилацетат пен бутан қышқылы, сондықтан затты анықтау үшін спектроскопия сияқты құрылымдық дәлел қажет.

Қарапайым формуланы есептеуде қателіктер қайда болады

Қателердің көбі екі нүктеде болады: нені мольге түрлендіру керектігін таңдауда және бүтін емес қатынасты қалай өңдеуді шешуде. Соңғы формуланы жазбас бұрын екеуін де тексеріңіз.

Содан кейін жауапты деректермен тексеріңіз. Ұсынылған формуланың пайыздық құрамын қайта есептеп, өлшенген мәндермен салыстырыңыз; жақсы деректер әдетте пайыздың бірнеше оннан бір бөлігі шегінде сәйкес келеді. 2-шешілген мысалда C₄H₆O₄ 40.68% C, 5.13% H және 54.19% O береді, бұл талдауға сәйкес.

• 1.5 немесе 1.33 қатынасын көбейтудің орнына ең жақын бүтін санға дейін дөңгелектеу.
• Моль мәндерін бір немесе екі маңызды цифрға дейін дөңгелектеу, бұл анық 1.50-ді екіұшты нәрсеге айналдыруы мүмкін.
• Оттектің массасын 32.00 g/mol-ге бөлу. O атомдық салмағын, 16.00, қолданыңыз, өйткені индекстер атомдарды санайды.
• Жану өнімдеріндегі оттекті үлгіге жатқызу. Үлгінің оттегін айырма арқылы табыңыз.
• Жоқ элементті елемеу. Егер көрсетілген пайыздардың қосындысы 100%-дан едәуір аз болса, басқа элемент, жиі оттек, бар.
• Бүтін емес молекулалық еселікті қабылдау. Егер молярлық масса ÷ қарапайым формула массасы бүтін санға жақын болмаса, қарапайым формуланы қайта тексеріңіз.