Verilerden Basit ve Molekül Formülleri

En basit oran ve gerçek bileşim

Basit formül, bir bileşikteki atomların en küçük tam sayı oranını verir. Molekül formülü ise bir molekülde her türden gerçekte kaç atom bulunduğunu verir ve her zaman basit formülün tam sayı katıdır. Hidrojen peroksitin molekül formülü H₂O₂, basit formülü HO'dur. Glikozun, C₆H₁₂O₆, basit formülü CH₂O'dur; bu formülü formaldehit ve asetik asitle paylaşır.

Yalnızca kütle verileri basit formülü ortaya çıkarabilir, çünkü H₂O₂ ve HO aynı yüzde bileşime sahiptir. Katı bulmak için ayrı bir molar kütle ölçümü gerekir. Ayrık moleküller yerine uzanan örgüler oluşturan sodyum klorür gibi iyonik bileşiklerde formül birimi, gelenek gereği genellikle basit formül olarak yazılır. İstisnalar çok atomlu iyonu bozmadan korur; örneğin peroksit iyonu O₂²⁻'yi içeren sodyum peroksit, Na₂O₂.

Bilinen bir formülden yüzde bileşim

Bir elementin kütle yüzdesi, bileşiğin bir molündeki o elementin kütlesinin molar kütleye bölünmesi ve 100 ile çarpılmasıdır. Bu rehber, iki ondalık basamağa yuvarlanmış IUPAC standart atom kütlelerini kullanır: H 1.01, C 12.01, N 14.01, O 16.00, S 32.06 ve Fe 55.85.

Çözümlü örnek 1. Amonyum sülfat, (NH₄)₂SO₄, azotlu gübre olarak kullanılır. Kütlece yüzde azotu nedir? Bir formül birimi 2 N, 8 H, 1 S ve 4 O içerir; dolayısıyla molar kütle 2(14.01) + 8(1.01) + 32.06 + 4(16.00) = 28.02 + 8.08 + 32.06 + 64.00 = 132.16 g/mol'dür. Azot: 28.02 ÷ 132.16 × 100 = 21.20% N. Diğer elementler 6.11% H, 24.26% S ve 48.43% O çıkar ve dört değerin toplamı 100.00% eder; bu, hiçbir atomun atlanmadığını gösteren yararlı bir kontroldür.

Kütleleri tam sayı mol oranına dönüştürme

Alt indisler atomları sayar ve atomlar molle sayılır; bu yüzden yöntem her zaman mol üzerinden geçer. Farklı elementlerin gramları doğrudan karşılaştırılamaz, çünkü atomlarının kütleleri farklıdır.

Ondalıktan kesre geçiş adımı muhakeme gerektirir. Deneysel oranlar nadiren kesindir; bu yüzden bir tam sayıya yaklaşık 0.1 içinde olan bir değer genellikle yuvarlanabilir, ancak 1.5, 1.33, 1.67, 1.25 veya 1.75'e yakın bir değer bir kesre işaret eder. Uygun şekilde tüm oranları 2, 3 veya 4 ile çarpın. Örneğin 1.737 g Fe ve 0.747 g O içeren bir demir oksit örneği 0.03110 mol Fe ve 0.0467 mol O verir. O:Fe oranı 1.50'dir; iki ile çarpınca Fe₂O₃ elde edilir.

• Kütlelerle başlayın. Yüzdeleriniz varsa 100 g'lık bir örnek varsayın; böylece her yüzde grama dönüşür.
• Her kütleyi, o elementin atom kütlesini kullanarak mole çevirin.
• Her mol değerini en küçüğüne bölün.
• Herhangi bir oran tam sayıya yakın değilse tüm oranları, onları tam sayı yapan en küçük tam sayıyla çarpın.
• Alt indisleri geleneksel sırayla yazın (organik bileşikler için önce C, sonra H, sonra geri kalanlar alfabetik sırayla).

Çözümlü örnek: yüzde bileşimden bir karboksilik asit

Çözümlü örnek 2. Beyaz kristal bir asidin analizi kütlece 40.68% C, 5.13% H ve 54.19% O verir. Ayrı bir ölçüm molar kütlesini 118 g/mol olarak belirler. Basit ve molekül formüllerini bulun.

100 g varsayın; böylece örnekte 40.68 g C, 5.13 g H ve 54.19 g O vardır. Mole çevirin: 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. En küçük değer olan 3.387'ye bölün: C 1.000, H 1.500, O 1.000.

1.500'lük hidrojen oranı bir yuvarlama hatası değil, bir yarımdır; bu yüzden tüm oranları 2 ile çarpın: C₂H₃O₂. Formül kütlesi 2(12.01) + 3(1.01) + 2(16.00) = 59.05 g/mol'dür. Kat sayısı 118 ÷ 59.05 = 2.00'dır; dolayısıyla molekül formülü C₄H₆O₄'tür. Bu, süksinik asidin formülüdür. 1.5'i 2'ye yuvarlamak CH₂O (30.03 g/mol) verirdi ve 118 ÷ 30.03 = 3.93 tam sayı değildir; bu, basit formülün yanlış olduğunun işaretidir.

Çözümlü örnek: organik bir sıvının yanma analizi

Çözümlü örnek 3. Yalnızca C, H ve O içeren bir sıvının 0.3150 g'lık örneği, fazla oksijende tamamen yakılır. 0.6293 g CO₂ ve 0.2577 g H₂O oluşur. Buharın molar kütlesi yaklaşık 88 g/mol'dür. Her iki formülü de bulun.

Karbonun tamamı CO₂'ye, hidrojenin tamamı H₂O'ya gider. C kütlesi = 0.6293 g CO₂ × (12.01 g C / 44.01 g CO₂) = 0.17173 g. H kütlesi = 0.2577 g H₂O × (2.02 g H / 18.02 g H₂O) = 0.028888 g. Oksijen aynı şekilde izlenemez, çünkü ürünlerdeki oksijenin büyük kısmı O₂ kaynağından gelmiştir; bu yüzden onu farktan bulun: 0.3150 − 0.17173 − 0.028888 = 0.11438 g O.

Moller: 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'e bölmek 2.000 : 4.001 : 1 verir; dolayısıyla basit formül C₂H₄O'dur ve formül kütlesi 44.06 g/mol'dür. Kat sayısı 88 ÷ 44.06 = 2.0'dır ve C₄H₈O₂ elde edilir. Etil asetat ve bütanoik asit dâhil, birkaç farklı bileşik bu molekül formülünü paylaşır; bu yüzden maddeyi belirlemek için spektroskopi gibi yapısal kanıtlar gerekir.

Basit formül hesaplarında nerede hata yapılır

Hataların çoğu iki noktada olur: neyin mole çevrileceğini seçerken ve tam sayı olmayan bir oranın nasıl ele alınacağına karar verirken. Son formülü yazmadan önce ikisini de kontrol edin.

Sonra cevabı verilerle sınayın. Önerdiğiniz formülün yüzde bileşimini yeniden hesaplayın ve ölçülen değerlerle karşılaştırın; iyi veriler genellikle yüzdenin birkaç onda biri içinde uyuşur. Çözümlü örnek 2'de C₄H₆O₄, analizle uyuşan 40.68% C, 5.13% H ve 54.19% O verir.

• 1.5 veya 1.33 oranını her şeyi çarpmak yerine en yakın tam sayıya yuvarlamak.
• Mol değerlerini bir veya iki anlamlı rakama yuvarlamak; bu, net bir 1.50'yi belirsiz bir şeye çevirebilir.
• Bir oksijen kütlesini 32.00 g/mol'e bölmek. O'nun atom kütlesini, 16.00'ı kullanın, çünkü alt indisler atomları sayar.
• Yanma ürünlerindeki oksijeni örneğe atamak. Örneğin oksijenini farktan bulun.
• Eksik bir elementi yok saymak. Verilen yüzdelerin toplamı 100%'ün epey altındaysa başka bir element, çoğunlukla oksijen, mevcuttur.
• Tam sayı olmayan bir molekül katını kabul etmek. Molar kütle ÷ basit formül kütlesi bir tam sayıya yakın değilse basit formülü yeniden kontrol edin.