Sut i Bennu Fformiwlâu Empirig a Moleciwlaidd
Mewn cemeg, mae deall cyfansoddiad cyfansoddyn yn gam sylfaenol wrth gydnabod ei briodweddau, ei adweithedd, a hyd yn oed sut mae'n cael ei baratoi. Dau gysyniad pwysig sy'n codi'n aml mewn gwersi cemeg yw fformwlâu empirig a fformwlâu moleciwlaidd. Er bod y ddau yn "fformwlâu" ar gyfer cyfansoddyn, mae ganddynt ystyron gwahanol. Mae fformiwla empirig yn nodi'r gymhareb symlaf o nifer yr atomau sy'n rhan ohono, tra bod fformiwla foleciwlaidd yn nodi'r nifer gwirioneddol o atomau mewn moleciwl. Mae'r erthygl hon yn trafod sut i bennu'r ddau yn systematig, ynghyd â chamau cyfrifo ac enghreifftiau.
-
1. Deall Fformiwlâu Empirig
Fformiwla empirig yw fformiwla gemegol sy'n mynegi'r gymhareb symlaf (y rhif cyfan lleiaf) o atomau mewn cyfansoddyn. Nid yw'r fformiwla hon bob amser yr un fath â'r fformiwla foleciwlaidd.
Enghraifft:
– Mae gan y cyfansoddyn glwcos y fformiwla foleciwlaidd C₆H₁₂O₆, ond ei fformiwla empirig yw CH₂O (oherwydd bod pob mynegeion yn rhanadwy â 6).
Mae fformwlâu empirig yn ddefnyddiol iawn pan fo'r data sydd ar gael yn ganrannau màs elfennau neu'n ganlyniadau dadansoddiad elfennol, oherwydd mae canrannau màs yn haws eu lleihau i gymhareb mol.
-
2. Deall Fformiwlâu Moleciwlaidd
Mae'r fformiwla foleciwlaidd yn nodi nifer gwirioneddol atomau pob elfen mewn moleciwl o gyfansoddyn. Fel arfer, mae'r fformiwla foleciwlaidd yn lluosrif o'r fformiwla empirig.
Y berthynas rhwng y ddau:
– Fformiwla foleciwlaidd = (Fformiwla empirig) × n
– lle mae n yn gyfanrif (1, 2, 3, ac ati)
Os yw n = 1, yna mae'r fformiwla foleciwlaidd yr un fath â'r fformiwla empirig.
-
3. Data Gofynnol
I bennu'r fformiwla empirig a'r fformiwla foleciwlaidd, fel arfer mae'n angenrheidiol:
1. Cyfansoddiad elfennol, er enghraifft:
– canran màs pob elfen (e.e. C = 40%, H = 6,7%, O = 53,3%)
– neu fàs yr elfennau yn y sampl
2. Mr (màs moleciwlaidd cymharol) neu fàs molar y cyfansoddyn (i bennu'r fformiwla foleciwlaidd)
Heb Mr, dim ond y fformiwla empirig y gallwn ei phennu.
-
4. Camau i Bennu'r Fformiwla Empirig
Dyma gamau cyffredinol y gellir eu defnyddio ar gyfer bron pob cwestiwn:
Cam 1: Tybiwch fod cyfanswm y màs yn 100 gram (os yw'r data yn ganran)
Os rhoddir y cyfansoddiad mewn canran màs, cymerwch sampl 100 g. Yna:
– canran màs = màs gramau
Enghraifft: Mae 40% C yn golygu 40 g C mewn 100 g o gyfansoddyn.
Cam 2: Trosi màs pob elfen yn folau
Defnyddiwch y fformiwla:
– mol = màs (g) ÷ Ar
Ar yw'r màs atomig cymharol (e.e. C = 12, H = 1, O = 16, N = 14, ac ati)
Cam 3: Penderfynu ar y gymhareb mol symlaf
Rhannwch bob gwerth mol â'r gwerth mol lleiaf. Y nod yw cael y gymhareb yn agos at rif cyfan.
Cam 4: Os nad yw'r gymhareb yn rhif cyfan, lluoswch hi â ffactor penodol.
Weithiau mae canlyniad rhannu yn cynhyrchu rhifau fel:
– 1 : 1,5 : 1 → lluosi 2 i ddod yn 2 : 3 : 2
– 1 : 1,33 : 1 → lluosi 3 i ddod yn 3 : 4 : 3
– 1 : 1,25 : 1 → lluosi 4 i ddod yn 4 : 5 : 4
Unwaith y daw'n gyfanrif, dyna fynegai'r fformiwla empirig.
-
5. Enghraifft o Bennu Fformiwlâu Empirig
Cwestiwn: Mae cyfansoddyn yn cynnwys 40% C, 6,7% H, a 53,3% O. Pennwch ei fformiwla empirig.
Datrysiad:
1) Ystyriwch 100 g o'r cyfansoddyn:
– C = 40 g
– H = 6,7 g
– O = 53,3 g
2) Trosi i folau:
– mol C = 40/12 = 3,33
– mol H = 6,7/1 = 6,7
– mol O = 53,3/16 = 3,33
3) Rhannwch â'r mol lleiaf (3,33):
– C: 3,33/3,33 = 1
– U: 6,7/3,33 ≈ 2,01 ≈ 2
– O: 3,33/3,33 = 1
Y gymhareb yw 1 : 2 : 1 → fformiwla empirig = CH₂O.
-
6. Sut i Bennu'r Fformiwla Foleciwlaidd
Unwaith y ceir y fformiwla empirig, gellir pennu'r fformiwla foleciwlaidd os yw màs molar y cyfansoddyn yn hysbys.
Cam 1: Cyfrifwch fàs y fformiwla empirig (Mr empirig)
Mr empirig = swm (Ar × mynegai) ar gyfer pob atom yn y fformiwla empirig.
Cam 2: Penderfynu gwerth n
Defnyddiwch:
– n = (Mr o'r cyfansoddyn gwirioneddol) ÷ (Mr o'r empirig)
Rhaid i werth n fod yn gyfanrif.
Cam 3: Lluoswch yr holl fynegeion yn y fformiwla empirig ag n
Y canlyniad yw fformiwla foleciwlaidd.
-
7. Enghraifft o Bennu Fformiwla Foleciwlaidd
Cwestiwn: Mae gan gyfansoddyn y fformiwla empirig CH₂O a màs molar o 180 g/mol. Pennwch ei fformiwla foleciwlaidd.
Datrysiad:
1) Cyfrifwch yr empirig Mr CH₂O:
– C = 12
– H₂ = 2 × 1 = 2
– O = 16
Cyfanswm = 12 + 2 + 16 = 30 g/mol
2) Cyfrifwch n:
– n = 180 ÷ 30 = 6
3) Fformiwla foleciwlaidd:
– (CH₂O) × 6 = C₆H₁₂O₆
Felly'r fformiwla foleciwlaidd yw C₆H₁₂O₆.
-
8. Awgrymiadau i Osgoi Camgymeriadau Cyffredin
1. Defnyddiwch Ar cywir a chyson. Gall gwall bach wrth rannu newid y gymhareb.
2. Wrth bennu'r gymhareb, talgrynnwch hi'n rhesymegol: 1,99 ≈ 2; 3,01 ≈ 3.
3. Os gwelwch chi ffracsiwn fel 1,5 neu 1,25, peidiwch â'i dalgrynnu i fyny ar unwaith; lluoswch yr holl gymharebion i wneud rhif cyfan.
4. Gwnewch yn siŵr bod gwerth n ar gyfer y fformiwla foleciwlaidd yn gyfanrif. Os nad yw'n gyfanrif, gwiriwch y cyfrifiad mol neu Mr. ddwywaith.
5. Cofiwch: y fformiwla empirig yw'r ffurf symlaf, tra gall y fformiwla foleciwlaidd fod yn "fwy" fel lluosrif.
-
9. Diweddglo
Mae pennu fformwlâu empirig a moleciwlaidd yn sgil hanfodol mewn cemeg oherwydd ei fod yn helpu i ddatgelu hunaniaeth a chyfansoddiad cyfansoddion. Ceir fformwlâu empirig o gymhareb mol elfennau yn eu ffurf symlaf, tra bod fformwlâu moleciwlaidd yn cael eu pennu trwy luosi'r fformiwla empirig â ffactor n, sy'n deillio o gymhareb màs molar y cyfansoddyn i fàs y fformiwla empirig. Gydag ymarfer cyson a phrosesu data màs a mol yn ofalus, bydd y broses o bennu'r ddwy fformiwla hyn yn dod yn haws ac yn gyflymach.
Os ydych chi eisiau, gallaf ychwanegu 2-3 cwestiwn ymarfer gydag esboniadau i gryfhau dealltwriaeth.
