Hvernig á að ákvarða reynslubundnar og sameindaformúlur
Í efnafræði er skilningur á samsetningu efnasambands grundvallaratriði í að þekkja eiginleika þess, hvarfgirni og jafnvel hvernig það er búið til. Tvö mikilvæg hugtök sem koma oft upp í efnafræðitímum eru reynsluformúlur og sameindaformúlur. Þó að báðar séu „formúlur“ fyrir efnasamband, hafa þær mismunandi merkingu. Reynsluformúla gefur til kynna einfaldasta hlutfall fjölda atóma í sameindinni, en sameindaformúla gefur til kynna raunverulegan fjölda atóma í sameind. Þessi grein fjallar um hvernig á að ákvarða bæði kerfisbundið, ásamt útreikningsskrefum og dæmum.
-
1. Að skilja reynsluformúlur
Raunveruleg formúla er efnaformúla sem lýsir einfaldasta (minnstu heiltölu) hlutfalli atóma í efnasambandi. Þessi formúla er ekki alltaf sú sama og sameindaformúlan.
Dæmi:
– Efnasambandið glúkósi hefur sameindaformúluna C₆H₁₂O₆, en reynsluformúlan þess er CH₂O (því allir vísitölur eru deilanlegar með 6).
Raunvísindaformúlur eru mjög gagnlegar þegar tiltæk gögn eru massaprósentur frumefna eða niðurstöður frumefnagreiningar, því massaprósentur eru auðveldara að draga úr í mólhlutföll.
-
2. Að skilja sameindaformúlur
Sameindaformúlan segir til um raunverulegan fjölda atóma hvers frumefnis í sameind efnasambands. Sameindaformúlan er venjulega margfeldi af reynsluformúlunni.
Sambandið milli þeirra tveggja:
– Sameindaformúla = (Reynsluformúla) × n
– þar sem n er heiltala (1, 2, 3, o.s.frv.)
Ef n = 1, þá er sameindaformúlan sú sama og reynsluformúlan.
-
3. Nauðsynleg gögn
Til að ákvarða reynsluformúluna og sameindaformúluna er venjulega nauðsynlegt:
1. Frumefnasamsetning, til dæmis:
– massaprósenta hvers frumefnis (t.d. C = 40%, H = 6,7%, O = 53,3%)
– eða massi frumefnanna í sýninu
2. Mr (hlutfallslegur sameindamassi) eða mólmassi efnasambandsins (til að ákvarða sameindaformúluna)
Án herra getum við aðeins ákvarðað reynsluformúluna.
-
4. Skref til að ákvarða reynsluformúluna
Hér eru almenn skref sem hægt er að nota fyrir nánast allar spurningar:
Skref 1: Gerum ráð fyrir að heildarmassinn sé 100 grömm (ef gögnin eru prósent)
Ef samsetningin er gefin upp í massaprósentu, gerið ráð fyrir 100 g sýni. Þá:
– massaprósenta = grömm af massa
Dæmi: 40% C þýðir 40 g C í 100 g af efnasambandi.
Skref 2: Umbreyta massa hvers frumefnis í mól
Notaðu formúluna:
– mól = massi (g) ÷ Ar
Ar er hlutfallslegur atómmassi (t.d. C = 12, H = 1, O = 16, N = 14, o.s.frv.)
Skref 3: Ákvarðið einfaldasta mólhlutfallið
Deilið öllum mólgildum með lægsta mólgildinu. Markmiðið er að fá hlutfallið nálægt heilli tölu.
Skref 4: Ef hlutfallið er ekki heil tala, margfaldaðu það með ákveðnum þátti.
Stundum gefur niðurstaða deilingar tölur eins og:
– 1 : 1,5 : 1 → margfaldaðu með 2 til að fá 2 : 3 : 2
– 1 : 1,33 : 1 → margfaldaðu með 3 til að fá 3 : 4 : 3
– 1 : 1,25 : 1 → margfaldaðu með 4 til að fá 4 : 5 : 4
Þegar það verður heiltala, þá er það vísitala reynsluformúlunnar.
-
5. Dæmi um ákvörðun reynsluformúlna
Spurning: Efnasamband er samsett úr 40% C, 6,7% H og 53,3% O. Ákvarðið reynsluformúlu þess.
Lausn:
1) Hugsið ykkur 100 g af efnasambandinu:
– C = 40 g
– H = 6,7 g
– O = 53,3 g
2) Umbreyta í mól:
– mól C = 40/12 = 3,33
– mól H = 6,7/1 = 6,7
– mól O = 53,3/16 = 3,33
3) Deilið með minnsta mólinu (3,33):
– C: 3,33/3,33 = 1
– H: 6,7/3,33 ≈ 2,01 ≈ 2
– O: 3,33/3,33 = 1
Hlutfallið er 1 : 2 : 1 → reynsluformúla = CH₂O.
-
6. Hvernig á að ákvarða sameindaformúlu
Þegar reynsluformúlan hefur verið fengin er hægt að ákvarða sameindaformúluna ef mólmassi efnasambandsins er þekktur.
Skref 1: Reiknaðu massa reynsluformúlunnar (Mr empirískur)
Reynsluformúlan Mr = summa (Ar × vísitala) fyrir öll atóm í reynsluformúlunni.
Skref 2: Ákvarðið gildi n
Notkun:
– n = (Mr af raunverulegu efnasambandi) ÷ (Mr af reynslu)
Gildi n verður að vera heiltala.
Skref 3: Margfaldaðu allar vísitölur í reynsluformúlunni með n
Niðurstaðan er sameindaformúla.
-
7. Dæmi um ákvörðun sameindaformúlu
Spurning: Efnasamband hefur reynsluformúluna CH₂O og mólmassa upp á 180 g/mól. Ákvarðið sameindaformúlu þess.
Lausn:
1) Reiknaðu reynslulega Mr CH₂O:
– C = 12
– H₂ = 2 × 1 = 2
– O = 16
Samtals = 12 + 2 + 16 = 30 g/mól
2) Reiknaðu n:
– n = 180 ÷ 30 = 6
3) Sameindaformúla:
– (CH₂O) × 6 = C₆H₁₂O₆
Þannig að sameindaformúlan er C₆H₁₂O₆.
-
8. Ráð til að forðast algeng mistök
1. Notið rétta og samræmda Ar. Lítil villa í deilingu getur breytt hlutfallinu.
2. Þegar hlutfallið er reiknað skal námunda það rökrétt: 1,99 ≈ 2; 3,01 ≈ 3.
3. Ef þú sérð brot eins og 1,5 eða 1,25, ekki námunda það strax upp; margfaldaðu öll hlutföllin til að fá heila tölu.
4. Gakktu úr skugga um að gildið á n fyrir sameindaformúluna sé heiltala. Ef það er ekki heiltala, athugaðu þá mól- eða Mr-útreikninginn tvisvar.
5. Mundu: reynsluformúlan er einfaldasta formið, en sameindaformúlan getur verið „stærri“ sem margfeldi.
-
9. Kesimpulan
Að ákvarða raunvísindalegar og sameindaformúlur er mikilvæg færni í efnafræði því hún hjálpar til við að leiða í ljós auðkenni og samsetningu efnasambanda. Raunvísindalegar formúlur eru fengnar út frá mólhlutfalli frumefna í einföldustu formi, en sameindaformúlur eru ákvarðaðar með því að margfalda raunvísindaformúluna með þáttinum n, sem er fenginn út frá hlutfalli mólmassa efnasambandsins og massa raunvísindaformúlunnar. Með samkvæmri iðkun og vandlegri vinnslu massa- og mólgagna verður ferlið við að ákvarða þessar tvær formúlur auðveldara og hraðara.
Ef þú vilt get ég bætt við 2-3 æfingaspurningum með útskýringum til að styrkja skilninginn.
