Kuidas määrata empiirilisi ja molekulaarseid valemeid
Keemias on ühendi koostise mõistmine oluline samm selle omaduste, reaktsioonivõime ja isegi valmistamisviisi mõistmisel. Kaks olulist mõistet, mis keemiatundides sageli esile kerkivad, on empiirilised valemid ja molekulaarvalemid. Kuigi mõlemad on ühendi "valemid", on neil erinev tähendus. Empiiriline valem näitab koostisosade aatomite arvu lihtsaimat suhet, molekulaarvalem aga näitab molekulis olevate aatomite tegelikku arvu. See artikkel käsitleb, kuidas mõlemat süstemaatiliselt määrata, koos arvutusetappide ja näidetega.
-
1. Empiiriliste valemite mõistmine
Empiiriline valem on keemiline valem, mis väljendab ühendi aatomite lihtsaimat (väikseimat täisarvu) suhet. See valem ei ole alati sama mis molekulaarvalem.
Kontoh:
– Ühendi glükoosi molekulaarvalem on C₆H₁₂O₆, kuid selle empiiriline valem on CH₂O (kuna kõik indeksid jaguvad 6-ga).
Empiirilised valemid on väga kasulikud, kui olemasolevad andmed on elementide massiprotsendid või elementanalüüsi tulemused, sest massiprotsente on lihtsam taandada moolsuheteks.
-
2. Molekulaarvalemite mõistmine
Molekulaarvalem näitab iga elemendi aatomite tegelikku arvu ühendi molekulis. Molekulaarvalem on tavaliselt empiirilise valemi kordne.
Nende kahe vaheline suhe:
– Molekulaarvalem = (Empiiriline valem) × n
– kus n on täisarv (1, 2, 3 jne)
Kui n = 1, siis on molekulaarvalem sama mis empiiriline valem.
-
3. Nõutavad andmed
Empiirilise valemi ja molekulaarvalemi määramiseks on tavaliselt vaja:
1. Elementaarne koostis, näiteks:
– iga elemendi massiprotsent (nt C = 40%, H = 6,7%, O = 53,3%)
– või proovis olevate elementide mass
2. Mr (suhteline molekulmass) ehk ühendi molaarmass (molekulaarvalemi määramiseks)
Ilma härrata saame määrata ainult empiirilise valemi.
-
4. Empiirilise valemi määramise sammud
Siin on üldised sammud, mida saab kasutada peaaegu kõigi küsimuste puhul:
1. samm: Eeldame, et kogumass on 100 grammi (kui andmed on protsentides)
Kui koostis on antud massiprotsentides, eeldame, et proovi kaal on 100 g. Seejärel:
– massiprotsent = grammi mass
Näide: 40% C tähendab 40 g C-d 100 g ühendis.
2. samm: teisendage iga elemendi mass moolideks
Kasutage valemit:
– mool = mass (g) ÷ Ar
Ar on suhteline aatommass (nt C = 12, H = 1, O = 16, N = 14 jne).
3. samm: määrake lihtsaim moolsuhe
Jaga kõik moolide väärtused väikseima moolide väärtusega. Eesmärk on saada suhe täisarvu lähedale.
4. samm: Kui suhe ei ole täisarv, korrutage see teatud teguriga.
Mõnikord jagamise tulemuseks on sellised arvud nagu:
– 1 : 1,5 : 1 → korruta 2, et saada 2 : 3 : 2
– 1 : 1,33 : 1 → korruta 3, et saada 3 : 4 : 3
– 1 : 1,25 : 1 → korruta 4, et saada 4 : 5 : 4
Kui see saab täisarvuks, on see empiirilise valemi indeks.
-
5. Empiiriliste valemite määramise näide
Küsimus: Ühend koosneb 40% C-st, 6,7% H-st ja 53,3% O-st. Määrake selle empiiriline valem.
Lahendus:
1) Vaatleme 100 g ühendit:
– C = 40 g
– H = 6,7 g
– O = 53,3 g
2) Teisenda moolideks:
– mol C = 40/12 = 3,33
– mol H = 6,7/1 = 6,7
– mol O = 53,3/16 = 3,33
3) Jaga väikseima mooliga (3,33):
– C: 3,33/3,33 = 1
– K: 6,7/3,33 ≈ 2,01 ≈ 2
– O: 3,33/3,33 = 1
Suhe on 1:2:1 → empiiriline valem = CH₂O.
-
6. Kuidas määrata molekulaarvalemit
Kui empiiriline valem on saadud, saab molekulaarvalemi määrata, kui ühendi molaarmass on teada.
1. samm: Arvutage empiirilise valemi mass (Mr empiiriline)
Empiiriline Mr = kõigi empiirilise valemi aatomite summa (Ar × indeks).
2. samm: määrake n väärtus
Kasutamine:
– n = (tegeliku ühendi Mr) ÷ (empiirilise ühendi Mr)
n väärtus peab olema täisarv.
3. samm: korrutage kõik empiirilise valemi indeksid n-ga
Tulemuseks on molekulaarvalem.
-
7. Molekulaarvalemi määramise näide
Küsimus: Ühendil on empiiriline valem CH₂O ja molaarmass 180 g/mol. Määrake selle molekulaarvalem.
Lahendus:
1) Arvutage empiiriline Mr CH₂O:
– C = 12
– H₂ = 2 × 1 = 2
– O = 16
Kokku = 12 + 2 + 16 = 30 g/mol
2) Arvuta n:
– n = 180 ÷ 30 = 6
3) Molekulaarvalem:
– (CH₂O) × 6 = C₆H₁₂O₆
Seega on molekulaarvalem C₆H₁₂O₆.
-
8. Näpunäited levinud vigade vältimiseks
1. Kasuta korrektset ja järjepidevat jagamisvõtet. Väike jagamisviga võib suhet muuta.
2. Suhte määramisel ümardage see loogiliselt: 1,99 ≈ 2; 3,01 ≈ 3.
3. Kui näete murdu nagu 1,5 või 1,25, ärge ümardage seda kohe ülespoole, vaid korrutage kõik suhtarvud täisarvuks.
4. Veendu, et molekulaarvalemis on n väärtus täisarv. Kui see ei ole täisarv, kontrolli mooli või Mr. arvutust veelkord üle.
5. Pea meeles: empiiriline valem on lihtsaim vorm, samas kui molekulaarvalem võib olla kordsena „suurem“.
-
9. Kesimpulan
Empiiriliste ja molekulaarvalemite määramine on keemias ülioluline oskus, kuna see aitab paljastada ühendite identiteeti ja koostist. Empiirilised valemid saadakse elementide moolsuhtest nende lihtsaimal kujul, samas kui molekulaarvalemid määratakse empiirilise valemi korrutamisel teguriga n, mis tuletatakse ühendi molaarmassi ja empiirilise valemi massi suhtest. Järjepideva harjutamise ja massi- ja mooliandmete hoolika töötlemise abil muutub nende kahe valemi määramise protsess lihtsamaks ja kiiremaks.
Soovi korral võin lisada 2-3 harjutusküsimust koos selgitustega, et arusaamist tugevdada.
