Sådan bestemmer du empiriske og molekylære formler
Inden for kemi er forståelsen af en forbindelses sammensætning et grundlæggende skridt i at genkende dens egenskaber, reaktivitet og endda hvordan den fremstilles. To vigtige begreber, der ofte opstår i kemitimer, er empiriske formler og molekylære formler. Selvom begge er "formler" for en forbindelse, har de forskellige betydninger. En empirisk formel angiver det enkleste forhold mellem antallet af bestanddele, mens en molekylær formel angiver det faktiske antal atomer i et molekyle. Denne artikel diskuterer, hvordan man systematisk bestemmer begge, komplet med beregningstrin og eksempler.
—
1. Forståelse af empiriske formler
En empirisk formel er en kemisk formel, der udtrykker det enkleste (mindste hele tal) forhold mellem atomer i en forbindelse. Denne formel er ikke altid den samme som molekylformlen.
Forhold:
– Forbindelsen glukose har den molekylære formel C₆H₁₂O₆, men dens empiriske formel er CH₂O (fordi alle indekser er delelige med 6).
Empiriske formler er meget nyttige, når de tilgængelige data er masseprocenter af elementer eller resultaterne af elementaranalyse, fordi masseprocenter lettere kan reduceres til molforhold.
—
2. Forståelse af molekylære formler
Molekylformlen angiver det faktiske antal atomer af hvert element i et molekyle af en forbindelse. Molekylformlen er normalt et multiplum af den empiriske formel.
Forholdet mellem de to:
– Molekylformel = (Empirisk formel) × n
– hvor n er et heltal (1, 2, 3 osv.)
Hvis n = 1, er molekylformlen den samme som den empiriske formel.
—
3. Nødvendige data
For at bestemme den empiriske formel og molekylformlen er det normalt nødvendigt:
1. Elementær sammensætning, for eksempel:
– masseprocent af hvert element (f.eks. C = 40%, H = 6,7%, O = 53,3%)
– eller massen af elementerne i prøven
2. Mr (relativ molekylmasse) eller molmasse af forbindelsen (for at bestemme molekylformlen)
Uden hr. kan vi kun bestemme den empiriske formel.
—
4. Trin til at bestemme den empiriske formel
Her er generelle trin, der kan bruges til næsten alle spørgsmål:
Trin 1: Antag, at den samlede masse er 100 gram (hvis dataene er i procent)
Hvis sammensætningen er angivet i masseprocent, antag en prøve på 100 g. Så:
– masseprocent = gram masse
Eksempel: 40% C betyder 40 g C i 100 g forbindelse.
Trin 2: Omregn massen af hvert element til mol
Brug formlen:
– mol = masse (g) ÷ Ar
Ar er den relative atommasse (f.eks. C = 12, H = 1, O = 16, N = 14 osv.)
Trin 3: Bestem det enkleste molforhold
Divider alle molværdier med den mindste molværdi. Målet er at få forholdet tæt på et helt tal.
Trin 4: Hvis forholdet ikke er et helt tal, skal du gange det med en bestemt faktor.
Nogle gange giver resultatet af division tal som:
– 1 : 1,5 : 1 → gang 2 for at blive 2 : 3 : 2
– 1 : 1,33 : 1 → gang 3 for at blive 3 : 4 : 3
– 1 : 1,25 : 1 → gang 4 for at blive 4 : 5 : 4
Når det bliver et heltal, er det indekset for den empiriske formel.
—
5. Eksempel på bestemmelse af empiriske formler
Spørgsmål: En forbindelse er sammensat af 40% C, 6,7% H og 53,3% O. Bestem dens empiriske formel.
Løsning:
1) Betragt 100 g af forbindelsen:
– C = 40 g
– H = 6,7 g
– O = 53,3 g
2) Omregn til mol:
– mol C = 40/12 = 3,33
– mol H = 6,7/1 = 6,7
– mol O = 53,3/16 = 3,33
3) Divider med den mindste mol (3,33):
– C: 3,33/3,33 = 1
– H: 6,7/3,33 ≈ 2,01 ≈ 2
– O: 3,33/3,33 = 1
Forholdet er 1:2:1 → empirisk formel = CH₂O.
—
6. Sådan bestemmer du molekylformlen
Når den empiriske formel er opnået, kan molekylformlen bestemmes, hvis forbindelsens molære masse er kendt.
Trin 1: Beregn den empiriske formelmasse (Mr empirisk)
Empirisk Mr = sum (Ar × indeks) for alle atomer i den empiriske formel.
Trin 2: Bestem værdien af n
Bruge:
– n = (Mr af faktisk forbindelse) ÷ (Mr af empirisk)
Værdien af n skal være et heltal.
Trin 3: Multiplicer alle indekser i den empiriske formel med n
Resultatet er en molekylær formel.
—
7. Eksempel på bestemmelse af molekylformel
Spørgsmål: En forbindelse har den empiriske formel CH₂O og en molær masse på 180 g/mol. Bestem dens molekylformel.
Løsning:
1) Beregn den empiriske Mr CH₂O:
– C = 12
– H₂ = 2 × 1 = 2
– O = 16
I alt = 12 + 2 + 16 = 30 g/mol
2) Beregn n:
– n = 180 ÷ 30 = 6
3) Molekylformel:
– (CH₂O) × 6 = C₆H₁₂O₆
Så er molekylformlen C₆H₁₂O₆.
—
8. Tips til at undgå almindelige fejl
1. Brug korrekt og konsistent Ar. En lille fejl i divisionen kan ændre forholdet.
2. Når du bestemmer forholdet, afrund det logisk: 1,99 ≈ 2; 3,01 ≈ 3.
3. Hvis du ser en brøk som 1,5 eller 1,25, skal du ikke runde den op med det samme; gang alle forholdstallene for at få et helt tal.
4. Sørg for, at værdien af n for molekylformlen er et heltal. Hvis det ikke er et heltal, skal du dobbelttjekke mol- eller Mr.-beregningen.
5. Husk: den empiriske formel er den enkleste form, mens molekylformlen kan være "større" som et multiplum.
—
9. Kesimpulan
Bestemmelse af empiriske og molekylære formler er en afgørende færdighed i kemi, fordi det hjælper med at afsløre identiteten og sammensætningen af forbindelser. Empiriske formler opnås ud fra molforholdet mellem elementer i deres enkleste form, mens molekylære formler bestemmes ved at gange den empiriske formel med en faktor n, der er afledt af forholdet mellem forbindelsens molære masse og den empiriske formels masse. Med konsekvent praksis og omhyggelig behandling af masse- og moldata vil processen med at bestemme disse to formler blive lettere og hurtigere.
Hvis du vil, kan jeg tilføje 2-3 øvelsesspørgsmål med forklaringer for at styrke forståelsen.
