Емпириски и молекулски формули од податоци

Наједноставен сооднос наспроти вистински состав

Емпириската формула го дава најмалиот сооднос на цели броеви на атомите во соединението. Молекулската формула го дава вистинскиот број на секој вид атом во една молекула и секогаш е цел број пати поголема од емпириската формула. Водород пероксидот има молекулска формула H₂O₂ и емпириска формула HO. Глукозата, C₆H₁₂O₆, има емпириска формула CH₂O, која ја дели со формалдехидот и оцетната киселина.

Податоците за маса сами можат да ја откријат само емпириската формула, бидејќи H₂O₂ и HO имаат идентичен процентен состав. За да се најде множителот е потребно посебно мерење на моларната маса. За јонски соединенија како натриум хлоридот, што формираат проширени решетки, а не одделни молекули, формулската единица по конвенција обично се пишува како емпириска формула. Исклучоците задржуваат повеќеатомен јон недопрен, како кај натриум пероксидот, Na₂O₂, кој го содржи пероксидниот јон O₂²⁻.

Процентен состав од позната формула

Масениот процент на еден елемент е масата на тој елемент во еден мол од соединението поделена со моларната маса, помножена со 100. Овој водич користи стандардни атомски тежини на IUPAC заокружени на две децимални места: H 1.01, C 12.01, N 14.01, O 16.00, S 32.06 и Fe 55.85.

Решен пример 1. Амониум сулфатот, (NH₄)₂SO₄, се користи како азотно ѓубриво. Колку е неговиот масен процент азот? Една формулска единица содржи 2 N, 8 H, 1 S и 4 O, па моларната маса е 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. Другите елементи излегуваат 6.11% H, 24.26% S и 48.43% O, а четирите вредности се собираат во 100.00%, што е корисна проверка дека ниту еден атом не е испуштен.

Претворање на масите во сооднос на молови со цели броеви

Индексите ги бројат атомите, а атомите се бројат во молови, па методот секогаш минува низ молови. Грамовите на различни елементи не можат директно да се споредуваат бидејќи нивните атоми имаат различни маси.

Чекорот од децимала во дропка бара расудување. Експерименталните соодноси ретко се точни, па вредност до околу 0.1 од цел број обично може да се заокружи, но вредност блиску до 1.5, 1.33, 1.67, 1.25 или 1.75 сигнализира дропка. Помножете го секој сооднос со 2, 3 или 4 според потребата. На пример, примерок железен оксид што содржи 1.737 g Fe и 0.747 g O дава 0.03110 mol Fe и 0.0467 mol O. Односот O:Fe е 1.50, па удвојувањето дава Fe₂O₃.

• Почнете од масите. Ако имате проценти, претпоставете примерок од 100 g за секој процент да стане грамови.
• Претворете ја секоја маса во молови со атомската тежина на тој елемент.
• Поделете ја секоја вредност на моловите со најмалата.
• Ако некој сооднос не е близу до цел број, помножете ги сите соодноси со најмалиот цел број што ги прави цели.
• Напишете ги индексите по вообичаениот редослед (за органските соединенија, прво C, потоа H, па останатите по азбучен ред).

Решен пример: карбоксилна киселина од процентен состав

Решен пример 2. Анализата на бела кристална киселина дава 40.68% C, 5.13% H и 54.19% O по маса. Посебно мерење ја определува нејзината моларна маса на 118 g/mol. Најдете ги емпириската и молекулската формула.

Претпоставете 100 g, па примерокот има 40.68 g C, 5.13 g H и 54.19 g O. Претворете во молови: 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. Поделете со најмалата вредност, 3.387: C 1.000, H 1.500, O 1.000.

Односот на водородот од 1.500 е половина, а не грешка од заокружување, па помножете го секој сооднос со 2: C₂H₃O₂. Нејзината формулска маса е 2(12.01) + 3(1.01) + 2(16.00) = 59.05 g/mol. Множителот е 118 ÷ 59.05 = 2.00, па молекулската формула е C₄H₆O₄. Ова е формулата на килибарната киселина. Заокружувањето на 1.5 нагоре на 2 би дало CH₂O (30.03 g/mol), а 118 ÷ 30.03 = 3.93 не е цел број, знак дека емпириската формула е погрешна.

Решен пример: анализа на согорување на органска течност

Решен пример 3. Примерок од 0.3150 g течност што содржи само C, H и O е согорен целосно во вишок кислород. Дава 0.6293 g CO₂ и 0.2577 g H₂O. Пареата има моларна маса од околу 88 g/mol. Најдете ги двете формули.

Целиот јаглерод завршува во CO₂, а целиот водород во H₂O. Маса на C = 0.6293 g CO₂ × (12.01 g C / 44.01 g CO₂) = 0.17173 g. Маса на H = 0.2577 g H₂O × (2.02 g H / 18.02 g H₂O) = 0.028888 g. Кислородот не може да се проследи на ист начин, бидејќи голем дел од кислородот во производите потекнува од доводот на O₂, па најдете го по разлика: 0.3150 − 0.17173 − 0.028888 = 0.11438 g O.

Молови: 0.17173 ÷ 12.01 = 0.014299 mol C; 0.028888 ÷ 1.01 = 0.028602 mol H; 0.11438 ÷ 16.00 = 0.0071488 mol O. Поделбата со 0.0071488 дава 2.000 : 4.001 : 1, па емпириската формула е C₂H₄O, со формулска маса од 44.06 g/mol. Множителот е 88 ÷ 44.06 = 2.0, што дава C₄H₈O₂. Неколку различни соединенија ја делат оваа молекулска формула, меѓу нив етил ацетатот и бутанската киселина, па за идентификување на супстанцијата би биле потребни структурни докази како спектроскопија.

Каде грешат пресметките на емпириски формули

Повеќето грешки се случуваат на две места: при изборот што да се претвори во молови и при одлуката како да се постапи со сооднос што не е цел број. Проверете ги и двете пред да ја напишете крајната формула.

Потоа проверете го одговорот со податоците. Пресметајте го повторно процентниот состав на формулата што ја предлагате и споредете го со измерените вредности; добри податоци обично се согласуваат во рамки на неколку десетини од процентот. Во решениот пример 2, C₄H₆O₄ дава 40.68% C, 5.13% H и 54.19% O, што се совпаѓа со анализата.

• Заокружување на сооднос од 1.5 или 1.33 на најблискиот цел број наместо множење на сите.
• Заокружување на вредностите на моловите на една или две значајни цифри, што може јасното 1.50 да го претвори во нешто двосмислено.
• Делење на масата на кислородот со 32.00 g/mol. Користете ја атомската тежина на O, 16.00, бидејќи индексите ги бројат атомите.
• Припишување на кислородот во производите од согорувањето на примерокот. Најдете го кислородот на примерокот по разлика.
• Игнорирање на отсутен елемент. Ако наведените проценти се собираат во многу помалку од 100%, присутен е друг елемент, често кислород.
• Прифаќање на молекулски множител што не е цел број. Ако моларната маса ÷ масата на емпириската формула не е близу до цел број, проверете ја повторно емпириската формула.