Näidisküsimused ja arutelu: molekulaarvalemid ja empiirilised valemid
Keemia õppimine on lahutamatult seotud selliste põhimõistetega nagu molekulaarvalemid ja empiirilised valemid. Need kaks mõistet on üliolulised, kuna annavad ülevaate keemiliste ühendite koostisest. See artikkel uurib põhjalikult näidisülesandeid ja arutab neid. Loodetavasti on nende kahe mõiste hea tundmine teil keemiaülesannete, eriti selles peatükis käsitletud probleemide lahendamisele lihtsam läheneda.
Empiiriliste valemite mõistmine
Empiiriline valem on valem, mis näitab ühendit moodustavate aatomite vahelist kõige lihtsamat suhet. See valem ei näita molekulis olevate aatomite täpset arvu, vaid ainult nende aatomite väikseimat suhet. Näiteks glükoosi empiiriline valem on CH₂O, mis tähendab, et ühes glükoosi molekulis on iga kahe vesinikuaatomi ja ühe hapnikuaatomi suhe üks süsinikuaatom.
Molekulaarvalemite mõistmine
Samal ajal annab molekulaarvalem teavet iga elemendi aatomite tegeliku arvu kohta ühendi ühes molekulis. Näiteks glükoosi molekulaarvalem on C₆H₁₂O₆, mis tähendab, et iga glükoosimolekul sisaldab kuut süsinikuaatomit, kaksteist vesinikuaatomit ja kuut hapnikuaatomit.
Empiiriliste valemite määramise sammud
1. Määrake iga elemendi mass: Kui massiprotsent on antud, määrake kõigepealt iga elemendi mass 100 grammis ühendis.
2. Massi teisendamine moolideks: Elemendi massi teisendamiseks moolideks jagage mass iga elemendi molaarmassiga.
3. Molaarsuhte määramine: Määrake esinevate elementide molaarsuhe. Meetod seisneb iga elemendi moolide arvu jagamises saadud väikseima moolide arvuga.
4. Võrdlustulemuse ümardamine: Vajadusel ümardage molaarne suhe lähima täisarvuni.
5. Empiiriliste valemite kirjutamine: kombineerige need võrdlused empiiriliste valemite kirjutamiseks.
Molekulaarvalemi määramise sammud
Molekulaarvalemi määramiseks vajame ühendi molaarmassi ja selle empiirilist valemit. Siin on üldised sammud:
1. Empiirilise valemi määramine: Kõigepealt tehke sammud empiirilise valemi määramiseks.
2. Empiirilise valemi molaarmassi arvutamine: Empiirilise valemi molaarmassi saamiseks liitke empiirilise valemi iga elemendi molaarmassid.
3. Ühendi molaarmassi määramine: Tavaliselt antakse küsimuste või katsete abil.
4. N-teguri määramine: Teguri (n) saamiseks jagage ühendi molaarmass empiirilise valemi molaarmassiga.
5. Molekulaarvalemi määramine: Molekulaarvalemi saamiseks korrutage tegur (n) kõigi empiirilise valemi alaindeksitega.
Näidisküsimused ja arutelu
Küsimus 1: Empiirilise valemi määramine
Ühendil on järgmine massikoostis: 40% süsinikku (C), 6,7% vesinikku (H) ja 53,3% hapnikku (O). Määrake selle ühendi empiiriline valem.
Vastus:
1. Massi teisendamine moolideks:
– Süsinik:
\[
\frac{40 \text{ g}}{12 \text{ g/mol}} = 3,33 \text{ mol}
\]
– Vesinik:
\[
\frac{6,7 \text{ g}}{1 \text{ g/mol}} = 6,7 \text{ mol}
\]
– Hapnik:
\[
\frac{53,3 \text{ g}}{16 \text{ g/mol}} = 3,33 \text{ mol}
\]
2. Moolide suhte määramine:
– C: 3,33 mooli / 3,33 = 1
– H: 6,7 mooli / 3,33 = 2
– O: 3,33 mol / 3,33 = 1
3. Empiiriliste valemite kirjutamine:
– C:H:O moolsuhe on 1:2:1, seega on empiiriline valem CH₂O.
Küsimus 2: Molekulaarvalemi määramine
Kui empiirilise valemiga CH₂O ühendi molaarmass on teadaolevalt 180 grammi/mol, määrake selle molekulaarvalem.
Vastus:
1. Empiirilise valemiga CH₂O molaarmass:
– Molaarmass C = 12 g/mol
– Molaarmass H = (2 x 1) g/mol = 2 g/mol
– O molaarmass = 16 g/mol
Seega CH₂O molaarmass = 12 + 2 + 16 = 30 g/mol
2. Määrake n-tegur:
\[
\frac{mass \text{ molaarne}}{mass \text{ empiiriline molaarne}} = \frac{180 \text{ g/mol}}{30 \text{ g/mol}} = 6
\]
3. Molekulaarvalemi määramine:
– n-tegur on 6, seega on molekulaarvalem 6 x (CH₂O) = C₆H₁₂O₆.
Näiteid küsimustest, mis nõuavad keerukamaid arvutusi
Küsimus 3: Empiirilise valemi määramine protsentuaalsete andmete põhjal
Orgaaniline ühend koosneb 75.0% süsinikust, 20.0% vesinikust ja 5.0% lämmastikust. Määrake ühendi empiiriline valem.
Vastus:
1. Massi teisendamine moolideks:
– Süsinik:
\[
\frac{75.0 \text{ g}}{12.0 \text{ g/mol}} = 6.25 \text{ mol}
\]
– Vesinik:
\[
\frac{20.0 \text{ g}}{1.0 \text{ g/mol}} = 20.0 \text{ mol}
\]
– Lämmastik:
\[
\frac{5.0 \text{ g}}{14.0 \text{ g/mol}} = 0.357 \text{ mol}
\]
2. Moolide suhte määramine:
– C: 6.25 mol / 0.357 = 17.5 ≈ 18
– H: 20.0 mol / 0.357 = 56 ≈ 56
– N: 0.357 mol / 0.357 = 1
3. Empiiriliste valemite kirjutamine:
– Molaarne suhe C:H:N ≈ 18:56:1, empiiriline valem on C₁₈H₅₆N.
Järeldus
Molekulaar- ja empiiriliste valemite mõistete mõistmine on keemias ülioluline. Järgides välja toodud samme ja harjutades toodud näiteid, loodetavasti muutute ühendite empiiriliste ja molekulaarvalemite määramisel osavamaks. Harjutage regulaarselt, et selle materjali tundmist veelgi süvendada.
