Fomula za Kiempirika na za Molekuli kutoka kwa Data

Uwiano rahisi zaidi dhidi ya muundo halisi

Fomula ya kiempirika hutoa uwiano mdogo zaidi wa namba nzima wa atomi katika mchanganyiko. Fomula ya molekuli hutoa idadi halisi ya kila aina ya atomi katika molekuli moja, na daima ni kizidisho cha namba nzima cha fomula ya kiempirika. Peroksidi ya hidrojeni ina fomula ya molekuli H₂O₂ na fomula ya kiempirika HO. Glukosi, C₆H₁₂O₆, ina fomula ya kiempirika CH₂O, ambayo inaishiriki na formaldehaidi na asidi ya asetiki.

Data za uzito pekee zinaweza kufichua tu fomula ya kiempirika, kwa sababu H₂O₂ na HO zina miundo ya asilimia inayofanana. Kipimo tofauti cha uzito wa molari kinahitajika kupata kizidisho. Kwa misombo ya ioni kama kloridi ya sodiamu, ambayo huunda kimiani kinachoendelea badala ya molekuli tofauti, kizio cha fomula kwa kawaida huandikwa kama fomula ya kiempirika kwa mkataba. Vighairi huweka ioni ya poliatomu ikiwa kamili, kama katika peroksidi ya sodiamu, Na₂O₂, ambayo ina ioni ya peroksidi O₂²⁻.

Muundo wa asilimia kutoka kwa fomula inayojulikana

Asilimia ya uzito ya elementi ni uzito wa elementi hiyo katika mole moja ya mchanganyiko ukigawanywa kwa uzito wa molari, mara 100. Mwongozo huu unatumia uzito wa kawaida wa atomi wa IUPAC uliozungushwa hadi nafasi mbili za desimali: H 1.01, C 12.01, N 14.01, O 16.00, S 32.06, na Fe 55.85.

Mfano uliotatuliwa 1. Salfeti ya amonia, (NH₄)₂SO₄, hutumika kama mbolea ya naitrojeni. Asilimia yake ya uzito ya naitrojeni ni ipi? Kizio kimoja cha fomula kina 2 N, 8 H, 1 S, na 4 O, kwa hivyo uzito wa molari ni 2(14.01) + 8(1.01) + 32.06 + 4(16.00) = 28.02 + 8.08 + 32.06 + 64.00 = 132.16 g/mol. Naitrojeni: 28.02 ÷ 132.16 × 100 = 21.20% N. Elementi nyingine zinatoka kuwa 6.11% H, 24.26% S, na 48.43% O, na thamani hizo nne zinajumlisha 100.00%, ukaguzi muhimu kwamba hakuna atomi iliyokosekana.

Kugeuza uzito kuwa uwiano wa mole wa namba nzima

Namba za chini huhesabu atomi, na atomi huhesabiwa kwa mole, kwa hivyo mbinu hii daima hupitia mole. Gramu za elementi tofauti haziwezi kulinganishwa moja kwa moja kwa sababu atomi zake zina uzito tofauti.

Hatua ya kubadilisha desimali kuwa sehemu inahitaji busara. Uwiano wa majaribio mara chache huwa kamili, kwa hivyo thamani iliyo ndani ya takriban 0.1 ya namba nzima kwa kawaida inaweza kuzungushwa, lakini thamani iliyo karibu na 1.5, 1.33, 1.67, 1.25, au 1.75 inaashiria sehemu. Zidisha kila uwiano kwa 2, 3, au 4 kadri inavyofaa. Kwa mfano, sampuli ya oksidi ya chuma yenye 1.737 g Fe na 0.747 g O hutoa 0.03110 mol Fe na 0.0467 mol O. Uwiano O:Fe ni 1.50, kwa hivyo kuzidisha mara mbili kunatoa Fe₂O₃.

• Anza kwa uzito. Kama una asilimia, dhania sampuli ya g 100 ili kila asilimia iwe gramu.
• Badilisha kila uzito kuwa mole kwa kutumia uzito wa atomi wa elementi hiyo.
• Gawanya kila thamani ya mole kwa ndogo zaidi.
• Kama uwiano wowote haukaribii namba nzima, zidisha uwiano wote kwa namba kamili ndogo zaidi inayoufanya kuwa nzima.
• Andika namba za chini kwa mpangilio wa kawaida (kwa misombo ya kikaboni, C kwanza, kisha H, kisha zilizobaki kwa mpangilio wa alfabeti).

Mfano uliotatuliwa: asidi ya kabosilia kutoka kwa muundo wa asilimia

Mfano uliotatuliwa 2. Uchanganuzi wa asidi nyeupe ya kristali unatoa 40.68% C, 5.13% H, na 54.19% O kwa uzito. Kipimo tofauti kinaweka uzito wake wa molari kuwa 118 g/mol. Pata fomula za kiempirika na za molekuli.

Dhania g 100, kwa hivyo sampuli ina 40.68 g C, 5.13 g H, na 54.19 g O. Badilisha kuwa 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. Gawanya kwa thamani ndogo zaidi, 3.387: C 1.000, H 1.500, O 1.000.

Uwiano wa hidrojeni wa 1.500 ni nusu, si kosa la kuzungusha, kwa hivyo zidisha kila uwiano kwa 2: C₂H₃O₂. Uzito wake wa fomula ni 2(12.01) + 3(1.01) + 2(16.00) = 59.05 g/mol. Kizidisho ni 118 ÷ 59.05 = 2.00, kwa hivyo fomula ya molekuli ni C₄H₆O₄. Hii ni fomula ya asidi ya suksini. Kuzungusha 1.5 hadi 2 kungetoa CH₂O (30.03 g/mol), na 118 ÷ 30.03 = 3.93 si namba nzima, ishara kwamba fomula ya kiempirika si sahihi.

Mfano uliotatuliwa: uchanganuzi wa mwako wa kimiminika cha kikaboni

Mfano uliotatuliwa 3. Sampuli ya g 0.3150 ya kimiminika chenye C, H, na O pekee huchomwa kabisa katika oksijeni ya ziada. Inatoa 0.6293 g CO₂ na 0.2577 g H₂O. Mvuke una uzito wa molari wa takriban 88 g/mol. Pata fomula zote mbili.

Kaboni yote huishia kwenye CO₂ na hidrojeni yote kwenye H₂O. Uzito wa C = 0.6293 g CO₂ × (12.01 g C / 44.01 g CO₂) = 0.17173 g. Uzito wa H = 0.2577 g H₂O × (2.02 g H / 18.02 g H₂O) = 0.028888 g. Oksijeni haiwezi kufuatiliwa kwa njia ile ile, kwa sababu sehemu kubwa ya oksijeni katika bidhaa ilitoka kwenye usambazaji wa O₂, kwa hivyo ipate kwa tofauti: 0.3150 − 0.17173 − 0.028888 = 0.11438 g O.

Mole: 0.17173 ÷ 12.01 = 0.014299 mol C; 0.028888 ÷ 1.01 = 0.028602 mol H; 0.11438 ÷ 16.00 = 0.0071488 mol O. Kugawanya kwa 0.0071488 kunatoa 2.000 : 4.001 : 1, kwa hivyo fomula ya kiempirika ni C₂H₄O, yenye uzito wa fomula wa 44.06 g/mol. Kizidisho ni 88 ÷ 44.06 = 2.0, kinachotoa C₄H₈O₂. Misombo kadhaa tofauti inashiriki fomula hii ya molekuli, ikiwemo asetati ya etili na asidi ya butanoiki, kwa hivyo kutambua dutu kungehitaji ushahidi wa muundo kama spektroskopia.

Mahali ambapo hesabu za fomula ya kiempirika hukosea

Makosa mengi hutokea katika sehemu mbili: kuchagua kipi cha kubadilisha kuwa mole, na kuamua jinsi ya kushughulikia uwiano usio namba nzima. Kagua vyote viwili kabla ya kuandika fomula ya mwisho.

Kisha jaribu jibu dhidi ya data. Kokotoa upya muundo wa asilimia wa fomula unayopendekeza na uulinganishe na thamani zilizopimwa; data nzuri kwa kawaida hukubaliana ndani ya sehemu chache za kumi za asilimia. Katika mfano uliotatuliwa 2, C₄H₆O₄ inatoa 40.68% C, 5.13% H, na 54.19% O, ikilingana na uchanganuzi.

• Kuzungusha uwiano wa 1.5 au 1.33 hadi namba nzima iliyo karibu badala ya kuzidisha kote.
• Kuzungusha thamani za mole hadi tarakimu moja au mbili muhimu, jambo linaloweza kugeuza 1.50 wazi kuwa kitu chenye utata.
• Kugawanya uzito wa oksijeni kwa 32.00 g/mol. Tumia uzito wa atomi wa O, 16.00, kwa sababu namba za chini huhesabu atomi.
• Kuipa sampuli oksijeni iliyo katika bidhaa za mwako. Pata oksijeni ya sampuli kwa tofauti.
• Kupuuza elementi iliyokosekana. Kama asilimia zilizotajwa zinajumlisha chini sana ya 100%, elementi nyingine, mara nyingi oksijeni, ipo.
• Kukubali kizidisho cha molekuli kisicho namba nzima. Kama uzito wa molari ÷ uzito wa fomula ya kiempirika haukaribii namba nzima, kagua upya fomula ya kiempirika.