Kako odrediti empirijske i molekularne formule
U hemiji, razumijevanje sastava spoja je fundamentalni korak u prepoznavanju njegovih svojstava, reaktivnosti, pa čak i načina na koji se priprema. Dva važna koncepta koja se često pojavljuju na časovima hemije su empirijske formule i molekularne formule. Iako su obje "formule" za spoj, imaju različita značenja. Empirijska formula označava najjednostavniji odnos broja konstitutivnih atoma, dok molekularna formula označava stvarni broj atoma u molekulu. Ovaj članak razmatra kako sistematski odrediti obje, uz korake izračuna i primjere.
-
1. Razumijevanje empirijskih formula
Empirijska formula je hemijska formula koja izražava najjednostavniji (najmanji cijeli broj) odnos atoma u spoju. Ova formula nije uvijek ista kao molekularna formula.
Contoh:
– Spoj glukoza ima molekularnu formulu C₆H₁₂O₆, ali je njena empirijska formula CH₂O (jer su svi indeksi djeljivi sa 6).
Empirijske formule su vrlo korisne kada su dostupni podaci maseni procenti elemenata ili rezultati elementarne analize, jer se maseni procenti lakše svode na molne omjere.
-
2. Razumijevanje molekularnih formula
Molekularna formula navodi stvarni broj atoma svakog elementa u molekuli spoja. Molekularna formula je obično višekratnik empirijske formule.
Veza između njih dvoje:
– Molekularna formula = (Empirijska formula) × n
– gdje je n cijeli broj (1, 2, 3, itd.)
Ako je n = 1, onda je molekularna formula ista kao empirijska formula.
-
3. Potrebni podaci
Da bi se odredila empirijska formula i molekularna formula, obično je potrebno:
1. Elementarni sastav, na primjer:
– maseni postotak svakog elementa (npr. C = 40%, H = 6,7%, O = 53,3%)
– ili masa elemenata u uzorku
2. Mr (relativna molekularna masa) ili molarna masa spoja (za određivanje molekularne formule)
Bez gospodina, možemo odrediti samo empirijsku formulu.
-
4. Koraci za određivanje empirijske formule
Evo općih koraka koji se mogu koristiti za gotovo sva pitanja:
Korak 1: Pretpostavimo da je ukupna masa 100 grama (ako su podaci u procentima)
Ako je sastav dat u masenim procentima, pretpostavite uzorak od 100 g. Tada:
– maseni postotak = masa u gramima
Primjer: 40% C znači 40 g C u 100 g spoja.
Korak 2: Pretvorite masu svakog elementa u molove
Koristite formulu:
– mol = masa (g) ÷ Ar
Ar je relativna atomska masa (npr. C = 12, H = 1, O = 16, N = 14, itd.)
Korak 3: Odredite najjednostavniji molarni odnos
Podijelite sve mol vrijednosti s najmanjom mol vrijednošću. Cilj je dobiti omjer blizu cijelog broja.
Korak 4: Ako omjer nije cijeli broj, pomnožite ga određenim faktorom.
Ponekad rezultat dijeljenja daje brojeve poput:
– 1 : 1,5 : 1 → pomnožite 2 da biste dobili 2 : 3 : 2
– 1 : 1,33 : 1 → pomnožite 3 da biste dobili 3 : 4 : 3
– 1 : 1,25 : 1 → pomnožite 4 da biste dobili 4 : 5 : 4
Kada postane cijeli broj, to je indeks empirijske formule.
-
5. Primjer određivanja empirijskih formula
Pitanje: Spoj se sastoji od 40% C, 6,7% H i 53,3% O. Odredite njegovu empirijsku formulu.
Rješenje:
1) Uzmite u obzir 100 g jedinjenja:
– C = 40 g
– H = 6,7 g
– O = 53,3 g
2) Pretvorite u molove:
– mol C = 40/12 = 3,33
– mol H = 6,7/1 = 6,7
– mol O = 53,3/16 = 3,33
3) Podijelite s najmanjim molom (3,33):
– C: 3,33/3,33 = 1
– V: 6,7/3,33 ≈ 2,01 ≈ 2
– 0: 3,33/3,33 = 1
Omjer je 1 : 2 : 1 → empirijska formula = CH₂O.
-
6. Kako odrediti molekularnu formulu
Nakon što se dobije empirijska formula, molekularna formula se može odrediti ako je poznata molarna masa spoja.
Korak 1: Izračunajte masu po empirijskoj formuli (Mr empirijski)
Empirijski Mr = zbir (Ar × indeks) za sve atome u empirijskoj formuli.
Korak 2: Odredite vrijednost n
Upotreba:
– n = (Mr stvarnog spoja) ÷ (Mr empirijskog)
Vrijednost n mora biti cijeli broj.
Korak 3: Pomnožite sve indekse u empirijskoj formuli sa n
Rezultat je molekularna formula.
-
7. Primjer određivanja molekularne formule
Pitanje: Spoj ima empirijsku formulu CH₂O i molarnu masu od 180 g/mol. Odredite njegovu molekularnu formulu.
Rješenje:
1) Izračunajte empirijski Mr CH₂O:
– C = 12
– H₂ = 2 × 1 = 2
– O = 16
Ukupno = 12 + 2 + 16 = 30 g/mol
2) Izračunajte n:
– n = 180 ÷ 30 = 6
3) Molekularna formula:
– (CH₂O) × 6 = C₆H₁₂O₆
Dakle, molekularna formula je C₆H₁₂O₆.
-
8. Savjeti za izbjegavanje uobičajenih grešaka
1. Koristite ispravan i konzistentan Ar. Mala greška u dijeljenju može promijeniti omjer.
2. Prilikom određivanja omjera, logički ga zaokružite: 1,99 ≈ 2; 3,01 ≈ 3.
3. Ako vidite razlomak poput 1,5 ili 1,25, nemojte ga odmah zaokruživati; pomnožite sve omjere da biste dobili cijeli broj.
4. Provjerite da li je vrijednost n za molekularnu formulu cijeli broj. Ako nije cijeli broj, provjerite još jednom. izračun mola ili g.
5. Zapamtite: empirijska formula je najjednostavniji oblik, dok molekularna formula može biti „veća“ kao višekratnik.
-
9. Kesimpulan
Određivanje empirijskih i molekularnih formula je ključna vještina u hemiji jer pomaže u otkrivanju identiteta i sastava spojeva. Empirijske formule se dobijaju iz molarnog odnosa elemenata u njihovom najjednostavnijem obliku, dok se molekularne formule određuju množenjem empirijske formule faktorom n, izvedenim iz odnosa molarne mase spoja i mase empirijske formule. Uz dosljednu praksu i pažljivu obradu podataka o masi i molu, proces određivanja ove dvije formule će postati lakši i brži.
Ako želite, mogu dodati 2-3 vježbena pitanja s objašnjenjima kako bih poboljšao razumijevanje.
