Маалыматтардан эмпирикалык жана молекулалык формулалар

Эң жөнөкөй катыш жана чыныгы курам

Эмпирикалык формула кошулмадагы атомдордун эң кичине бүтүн сандуу катышын берет. Молекулалык формула бир молекуладагы ар бир түрдөгү атомдун чыныгы санын берет жана ал ар дайым эмпирикалык формуланын бүтүн санга эселенген түрү болот. Суутек пероксидинин молекулалык формуласы H₂O₂, эмпирикалык формуласы HO. Глюкозанын, C₆H₁₂O₆, эмпирикалык формуласы CH₂O, аны формальдегид жана сирке кислотасы менен бөлүшөт.

Масса маалыматтары жалгыз эмпирикалык формуланы гана көрсөтө алат, анткени H₂O₂ жана HO бирдей пайыздык курамга ээ. Эселенүүчү санды табуу үчүн молярдык массаны өзүнчө өлчөө керек. Дискреттик молекулалардын ордуна кеңейтилген торчолорду түзгөн натрий хлориди сыяктуу иондук кошулмалар үчүн формулалык бирдик адатта макулдашуу боюнча эмпирикалык формула катары жазылат. Өзгөчөлүктөр көп атомдуу ионду бузбай сактайт, мисалы натрий пероксиди, Na₂O₂, пероксид ионун O₂²⁻ камтыйт.

Белгилүү формуладан пайыздык курам

Элементтин массалык пайызы — ошол элементтин кошулманын бир молундагы массасын молярдык массага бөлүп, 100гө көбөйткөндө алынган сан. Бул колдонмо эки ондук белгиге чейин тегеректелген IUPAC стандарттуу атомдук салмактарын колдонот: H 1.01, C 12.01, N 14.01, O 16.00, S 32.06 жана Fe 55.85.

1-мисал. Аммоний сульфаты, (NH₄)₂SO₄, азоттуу жер семирткич катары колдонулат. Анын массалык азот пайызы канча? Бир формулалык бирдик 2 N, 8 H, 1 S жана 4 O камтыйт, ошондуктан молярдык 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. Калган элементтер 6.11% H, 24.26% S жана 48.43% O болуп чыгат, төрт маанинин суммасы 100.00%, бул бир да атом калып калбаганын көрсөткөн пайдалуу текшерүү.

Массаларды бүтүн сандуу моль катышына айландыруу

Индекстер атомдорду санайт, ал эми атомдор мольдор менен саналат, ошондуктан ыкма ар дайым мольдор аркылуу өтөт. Ар кандай элементтердин граммдарын түздөн-түз салыштырууга болбойт, анткени алардын атомдорунун массалары ар башка.

Ондук бөлчөктөн бөлчөккө өтүү кадамы акыл-эстин баасын талап кылат. Эксперименталдык катыштар сейрек так болот, ошондуктан бүтүн сандан болжол менен 0.1 чегинде турган маанини адатта тегеректөөгө болот, ал эми 1.5, 1.33, 1.67, 1.25 же 1.75кке жакын маани бөлчөктү билдирет. Ар бир катышты зарылдыгына жараша 2ге, 3кө же 4кө көбөйтүңүз. Мисалы, 1.737 g Fe жана 0.747 g O камтыган темир оксидинин үлгүсү 0.03110 mol Fe жана 0.0467 mol O берет. O:Fe катышы 1.50, ошондуктан эки эсе көбөйткөндө Fe₂O₃ чыгат.

• Массалардан баштаңыз. Эгер пайыздар болсо, 100 g үлгү деп ойлоңуз, ошондо ар бир пайыз грамм болуп калат.
• Ар бир массаны ошол элементтин атомдук салмагы аркылуу мольдорго айландырыңыз.
• Ар бир моль маанисин эң кичинесине бөлүңүз.
• Эгер кайсы бир катыш бүтүн санга жакын болбосо, бардык катыштарды аларды бүтүн кылган эң кичине бүтүн санга көбөйтүңүз.
• Индекстерди кабыл алынган тартипте жазыңыз (органикалык кошулмалар үчүн адегенде C, андан кийин H, калгандары алфавит боюнча).

Чыгарылган мисал: пайыздык курамдан карбон кислотасы

2-мисал. Ак кристаллдык кислотаны талдоо массасы боюнча 40.68% C, 5.13% H жана 54.19% O берет. Өзүнчө өлчөө анын молярдык массасын 118 g/mol деп көрсөтөт. Эмпирикалык жана молекулалык формулаларды табыңыз.

100 g деп ойлоңуз, ошондо үлгүдө 40.68 g C, 5.13 g H жана 54.19 g O бар. Мольдорго айландырыңыз: 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. Эң кичине маанисине, 3.387ге, бөлүңүз: C 1.000, H 1.500, O 1.000.

1.500 суутек катышы — жарым, тегеректөө катасы эмес, ошондуктан ар бир катышты 2ге көбөйтүңүз: C₂H₃O₂. Анын формулалык массасы 2(12.01) + 3(1.01) + 2(16.00) = 59.05 g/mol. Эселенген сан 118 ÷ 59.05 = 2.00, демек молекулалык формула C₄H₆O₄. Бул янтарь кислотасынын формуласы. 1.5ти 2ге чейин тегеректөө CH₂O (30.03 g/mol) берет эле, ал эми 118 ÷ 30.03 = 3.93 бүтүн сан эмес, бул эмпирикалык формуланын туура эмес экенин көрсөтөт.

Чыгарылган мисал: органикалык суюктуктун күйүү анализи

3-мисал. Жалгыз C, H жана O камтыган суюктуктун 0.3150 g үлгүсү ашыкча кычкылтекте толук күйгүзүлөт. Ал 0.6293 g CO₂ жана 0.2577 g H₂O пайда кылат. Буунун молярдык массасы болжол менен 88 g/mol. Эки формуланы тең табыңыз.

Бардык көмүртек CO₂ге, бардык суутек H₂Oго өтөт. 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. Кычкылтекти ушундай жол менен таба албайбыз, анткени продуктулардагы кычкылтектин көбү O₂ берүүдөн келген, ошондуктан аны айырма аркылуу табыңыз: 0.3150 − 0.17173 − 0.028888 = 0.11438 g O.

Мольдор: 0.17173 ÷ 12.01 = 0.014299 mol C; 0.028888 ÷ 1.01 = 0.028602 mol H; 0.11438 ÷ 16.00 = 0.0071488 mol O. 0.0071488ге бөлгөндө 2.000 : 4.001 : 1 чыгат, демек эмпирикалык формула C₂H₄O, формулалык массасы 44.06 g/mol. Эселенген сан 88 ÷ 44.06 = 2.0, ал C₄H₈O₂ берет. Бул молекулалык формуланы этилацетат жана май кислотасы (бутан кислотасы) сыяктуу бир нече ар башка кошулма бөлүшөт, ошондуктан затты аныктоо үчүн спектроскопия сыяктуу структуралык далил керек.

Эмпирикалык формуланы эсептөөдө каталар кайда болот

Каталардын көбү эки жерде болот: эмнени мольдорго айландыруу керектигин тандоодо жана бүтүн сан болбогон катышты кантип иштетүүнү чечүүдө. Акыркы формуланы жазганга чейин экөөнү тең текшериңиз.

Андан кийин жоопту маалыматтар менен текшериңиз. Сунушталган формуланын пайыздык курамын кайра эсептеп, өлчөнгөн маанилер менен салыштырыңыз; жакшы маалыматтар адатта пайыздын бир нече ондон бирине чейин дал келет. 2-мисалда C₄H₆O₄ 40.68% C, 5.13% H жана 54.19% O берет, бул анализге дал келет.

• 1.5 же 1.33 катышын көбөйтүүнүн ордуна эң жакын бүтүн санга чейин тегеректөө.
• Моль маанилерин бир-эки маанилүү цифрага чейин тегеректөө, ал даана 1.50ди так эмес нерсеге айлантышы мүмкүн.
• Кычкылтектин массасын 32.00 g/mol го бөлүү. O атомдук салмагын, 16.00, колдонуңуз, анткени индекстер атомдорду санайт.
• Күйүү продуктуларындагы кычкылтекти үлгүгө таандык кылуу. Үлгүнүн кычкылтегин айырма аркылуу табыңыз.
• Жок элементти эсепке албоо. Көрсөтүлгөн пайыздардын суммасы 100%тен бир топ аз болсо, башка элемент, көбүнчө кычкылтек, бар.
• Бүтүн эмес молекулалык эселикти кабыл алуу. Эгер молярдык масса ÷ эмпирикалык формуланын массасы бүтүн санга жакын болбосо, эмпирикалык формуланы кайра текшериңиз.