Formulat empirike dhe molekulare nga të dhënat

Raporti më i thjeshtë kundrejt përbërjes së vërtetë

Një formulë empirike jep raportin më të vogël me numra të plotë të atomeve në një përbërje. Një formulë molekulare jep numrin e vërtetë të secilit lloj atomi në një molekulë dhe është gjithmonë një shumëfish i plotë i formulës empirike. Peroksidi i hidrogjenit ka formulën molekulare H₂O₂ dhe formulën empirike HO. Glukoza, C₆H₁₂O₆, ka formulën empirike CH₂O, të cilën e ndan me formaldehidin dhe acidin acetik.

Vetëm të dhënat e masës mund ta zbulojnë formulën empirike, sepse H₂O₂ dhe HO kanë përbërje identike në përqindje. Për të gjetur shumëfishin nevojitet një matje e veçantë e masës molare. Për përbërjet jonike si klorur natriumi, që formojnë rrjeta të zgjatura dhe jo molekula të veçanta, njësia e formulës zakonisht shkruhet si formulë empirike sipas konventës. Përjashtimet e mbajnë të paprekur një jon poliatomik, si te peroksidi i natriumit, Na₂O₂, që përmban jonin peroksid O₂²⁻.

Përbërja në përqindje nga një formulë e njohur

Përqindja në masë e një elementi është masa e atij elementi në një mol përbërje, pjesëtuar me masën molare, shumëzuar me 100. Ky udhëzues përdor peshat atomike standarde të IUPAC-ut të rrumbullakuara me dy shifra pas presjes: H 1.01, C 12.01, N 14.01, O 16.00, S 32.06 dhe Fe 55.85.

Shembull i zgjidhur 1. Sulfati i amonit, (NH₄)₂SO₄, përdoret si plehrues azoti. Sa është përqindja në masë e azotit? Një njësi formule përmban 2 N, 8 H, 1 S dhe 4 O, ndaj masa molare është 2(14.01) + 8(1.01) + 32.06 + 4(16.00) = 28.02 + 8.08 + 32.06 + 64.00 = 132.16 g/mol. Azoti: 28.02 ÷ 132.16 × 100 = 21.20% N. Elementët e tjerë dalin 6.11% H, 24.26% S dhe 48.43% O, dhe katër vlerat bëjnë shumë 100.00%, një kontroll i dobishëm që nuk është lënë asnjë atom pas dore.

Shndërrimi i masave në raport molesh me numra të plotë

Indekset numërojnë atome, dhe atomet numërohen në mole, ndaj metoda kalon gjithmonë përmes moleve. Gramët e elementëve të ndryshëm nuk mund të krahasohen drejtpërdrejt, sepse atomet e tyre kanë masa të ndryshme.

Hapi nga dhjetori te thyesa kërkon gjykim. Raportet eksperimentale rrallë janë të sakta, ndaj një vlerë brenda rreth 0.1 të një numri të plotë zakonisht mund të rrumbullakohet, por një vlerë afër 1.5, 1.33, 1.67, 1.25 ose 1.75 sinjalizon një thyesë. Shumëzo çdo raport me 2, 3 ose 4, sipas rastit. Për shembull, një mostër oksidi hekuri me 1.737 g Fe dhe 0.747 g O jep 0.03110 mol Fe dhe 0.0467 mol O. Raporti O:Fe është 1.50, ndaj dyfishimi jep Fe₂O₃.

• Fillo nga masat. Nëse ke përqindje, supozo një mostër 100 g, që çdo përqindje të bëhet gramë.
• Shndërro çdo masë në mole me peshën atomike të atij elementi.
• Pjesëto çdo vlerë molesh me më të voglën.
• Nëse ndonjë raport nuk është afër një numri të plotë, shumëzo të gjitha raportet me numrin e plotë më të vogël që i bën të plota.
• Shkruaj indekset sipas radhës së zakonshme (për përbërjet organike, së pari C, pastaj H, pastaj të tjerët sipas alfabetit).

Shembull i zgjidhur: një acid karboksilik nga përbërja në përqindje

Shembull i zgjidhur 2. Analiza e një acidi kristalor të bardhë jep 40.68% C, 5.13% H dhe 54.19% O në masë. Një matje e veçantë e vendos masën e tij molare në 118 g/mol. Gjej formulat empirike dhe molekulare.

Supozo 100 g, pra mostra ka 40.68 g C, 5.13 g H dhe 54.19 g O. Shndërro në mole: 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. Pjesëto me vlerën më të vogël, 3.387: C 1.000, H 1.500, O 1.000.

Raporti i hidrogjenit 1.500 është një gjysmë, jo gabim rrumbullakimi, ndaj shumëzo çdo raport me 2: C₂H₃O₂. Masa e formulës së saj është 2(12.01) + 3(1.01) + 2(16.00) = 59.05 g/mol. Shumëfishi është 118 ÷ 59.05 = 2.00, ndaj formula molekulare është C₄H₆O₄. Kjo është formula e acidit sukcinik. Rrumbullakimi i 1.5 lart në 2 do të kishte dhënë CH₂O (30.03 g/mol), dhe 118 ÷ 30.03 = 3.93 nuk është numër i plotë, shenjë që formula empirike është e gabuar.

Shembull i zgjidhur: analiza e djegies e një lëngu organik

Shembull i zgjidhur 3. Një mostër 0.3150 g e një lëngu që përmban vetëm C, H dhe O digjet plotësisht në oksigjen të tepërt. Ajo prodhon 0.6293 g CO₂ dhe 0.2577 g H₂O. Avulli ka masë molare rreth 88 g/mol. Gjej të dyja formulat.

I gjithë karboni përfundon në CO₂ dhe i gjithë hidrogjeni në H₂O. Masa e C = 0.6293 g CO₂ × (12.01 g C / 44.01 g CO₂) = 0.17173 g. Masa e H = 0.2577 g H₂O × (2.02 g H / 18.02 g H₂O) = 0.028888 g. Oksigjeni nuk mund të gjurmohet në të njëjtën mënyrë, sepse pjesa më e madhe e oksigjenit në produkte vinte nga furnizimi me O₂, ndaj gjeje me ndryshesë: 0.3150 − 0.17173 − 0.028888 = 0.11438 g O.

Molet: 0.17173 ÷ 12.01 = 0.014299 mol C; 0.028888 ÷ 1.01 = 0.028602 mol H; 0.11438 ÷ 16.00 = 0.0071488 mol O. Pjesëtimi me 0.0071488 jep 2.000 : 4.001 : 1, ndaj formula empirike është C₂H₄O, me masë formule 44.06 g/mol. Shumëfishi është 88 ÷ 44.06 = 2.0, çka jep C₄H₈O₂. Disa përbërje të ndryshme e ndajnë këtë formulë molekulare, përfshirë acetatin e etilit dhe acidin butanoik, ndaj identifikimi i substancës do të kërkonte prova strukturore si spektroskopia.

Ku gabojnë llogaritjet e formulës empirike

Shumica e gabimeve ndodhin në dy pika: te zgjedhja e asaj që shndërrohet në mole dhe te vendimi si të trajtohet një raport që nuk është numër i plotë. Kontrollo të dyja para se ta shkruash formulën përfundimtare.

Pastaj provoje përgjigjen me të dhënat. Rillogarit përbërjen në përqindje të formulës që propozon dhe krahasoje me vlerat e matura; të dhënat e mira zakonisht përputhen brenda disa të dhjetave të përqindjes. Në shembullin e zgjidhur 2, C₄H₆O₄ jep 40.68% C, 5.13% H dhe 54.19% O, çka përputhet me analizën.

• Rrumbullakimi i një raporti 1.5 ose 1.33 në numrin e plotë më të afërt në vend që të shumëzohet gjithçka.
• Rrumbullakimi i vlerave të moleve në një ose dy shifra domethënëse, që mund ta kthejë një 1.50 të qartë në diçka të paqartë.
• Pjesëtimi i masës së oksigjenit me 32.00 g/mol. Përdor peshën atomike të O, 16.00, sepse indekset numërojnë atome.
• Caktimi i oksigjenit të produkteve të djegies te mostra. Oksigjenin e mostrës gjeje me ndryshesë.
• Shpërfillja e një elementi që mungon. Nëse përqindjet e dhëna bëjnë shumë dukshëm nën 100%, ka një element tjetër, shpesh oksigjen.
• Pranimi i një shumëfishi molekular jo të plotë. Nëse masa molare ÷ masa e formulës empirike nuk është afër një numri të plotë, kontrollo përsëri formulën empirike.