כיצד לקבוע נוסחאות אמפיריות ומולקולריות
בכימיה, הבנת הרכב התרכובת היא צעד בסיסי בהכרה בתכונותיה, תגובתיותה ואפילו אופן הכנתה. שני מושגים חשובים שעולים לעתים קרובות בשיעורי כימיה הם נוסחאות אמפיריות ונוסחאות מולקולריות. בעוד ששניהם "נוסחאות" לתרכובת, יש להם משמעויות שונות. נוסחה אמפירית מציינת את היחס הפשוט ביותר של מספר האטומים המרכיבים אותה, בעוד שנוסחה מולקולרית מציינת את המספר בפועל של האטומים במולקולה. מאמר זה דן כיצד לקבוע את שניהם באופן שיטתי, כולל שלבי חישוב ודוגמאות.
-
1. הבנת נוסחאות אמפיריות
נוסחה אמפירית היא נוסחה כימית המבטאת את היחס הפשוט ביותר (המספר השלם הקטן ביותר) של אטומים בתרכובת. נוסחה זו אינה תמיד זהה לנוסחה המולקולרית.
קונטו:
– לתרכובת גלוקוז יש נוסחה מולקולרית C₆H₁₂O₆, אך הנוסחה האמפירית שלה היא CH₂O (מכיוון שכל המדדים מתחלקים ב-6).
נוסחאות אמפיריות שימושיות מאוד כאשר הנתונים הזמינים הם אחוזי מסה של יסודות או תוצאות של אנליזה יסודית, משום שאחוזי מסה ניתנים לצמצום ביתר קלות ליחסי מולים.
-
2. הבנת נוסחאות מולקולריות
הנוסחה המולקולרית מציינת את המספר האמיתי של האטומים של כל יסוד במולקולה של תרכובת. הנוסחה המולקולרית היא בדרך כלל כפולה של הנוסחה האמפירית.
הקשר בין השניים:
– נוסחה מולקולרית = (נוסחה אמפירית) × n
– כאשר n הוא מספר שלם (1, 2, 3 וכו')
אם n = 1, אז הנוסחה המולקולרית זהה לנוסחה האמפירית.
-
3. נתונים נדרשים
כדי לקבוע את הנוסחה האמפירית ואת הנוסחה המולקולרית, בדרך כלל יש צורך:
1. הרכב יסודות, לדוגמה:
– אחוז המסה של כל יסוד (למשל, C = 40%, H = 6,7%, O = 53,3%)
– או המסה של היסודות בדגימה
2. מסה מולקולרית יחסית (Mr) או מסה מולרית של התרכובת (לקביעת הנוסחה המולקולרית)
בלי מר, נוכל לקבוע רק את הנוסחה האמפירית.
-
4. שלבים לקביעת הנוסחה האמפירית
להלן צעדים כלליים שניתן להשתמש בהם כמעט עבור כל השאלות:
שלב 1: נניח שהמסה הכוללת היא 100 גרם (אם הנתונים הם באחוזים)
אם ההרכב ניתן באחוזי מסה, נניח דגימה של 100 גרם. אז:
– אחוז מסה = גרם מסה
דוגמה: 40% C פירושו 40 גרם C ב-100 גרם של תרכובת.
שלב 2: המר את המסה של כל יסוד למולים
השתמש בנוסחה:
– מול = מסה (גרם) ÷ אר
Ar הוא המסה האטומית היחסית (למשל, C = 12, H = 1, O = 16, N = 14 וכו').
שלב 3: קביעת יחס המול הפשוט ביותר
חלקו את כל ערכי המולים בערך המולים הקטן ביותר. המטרה היא להגיע ליחס קרוב למספר שלם.
שלב 4: אם היחס אינו מספר שלם, הכפל אותו בגורם מסוים.
לפעמים תוצאת החילוק מניבה מספרים כמו:
– 1 : 1,5 : 1 → הכפל 2 כדי לקבל 2 : 3 : 2
– 1 : 1,33 : 1 → הכפל 3 כדי לקבל 3 : 4 : 3
– 1 : 1,25 : 1 → הכפל 4 כדי לקבל 4 : 5 : 4
ברגע שהוא הופך למספר שלם, זהו האינדקס של הנוסחה האמפירית.
-
5. דוגמה לקביעת נוסחאות אמפיריות
שאלה: תרכובת מורכבת מ-40% C, 6,7% H ו-53,3% O. קבע את הנוסחה האמפירית שלה.
פִּתָרוֹן:
1) חשבו על 100 גרם של התרכובת:
– C = 40 גרם
– H = 6,7 גרם
– O = 53,3 גרם
2) המרה למולות:
– מול C = 40/12 = 3,33
– מול H = 6,7/1 = 6,7
– מול O = 53,3/16 = 3,33
3) חלקו במול הקטן ביותר (3,33):
– ג: 3,33/3,33 = 1
– ח: 6,7/3,33 ≈ 2,01 ≈ 2
– O: 3,33/3,33 = 1
היחס הוא 1 : 2 : 1 → נוסחה אמפירית = CH₂O.
-
6. כיצד לקבוע נוסחה מולקולרית
לאחר קבלת הנוסחה האמפירית, ניתן לקבוע את הנוסחה המולקולרית אם המסה המולרית של התרכובת ידועה.
שלב 1: חשב את מסת הנוסחה האמפירית (Mr empirical)
Mr אמפירי = סכום (Ar × אינדקס) עבור כל האטומים בנוסחה האמפירית.
שלב 2: קבע את הערך של n
לְהִשְׁתַמֵשׁ:
– n = (Mr של התרכובת בפועל) ÷ (Mr של האמפירי)
הערך של n חייב להיות מספר שלם.
שלב 3: הכפל את כל המדדים בנוסחה האמפירית ב-n
התוצאה היא נוסחה מולקולרית.
-
7. דוגמה לקביעת נוסחה מולקולרית
שאלה: לתרכובת יש את הנוסחה האמפירית CH₂O ומסה מולרית של 180 גרם/מול. קבע את הנוסחה המולקולרית שלה.
פִּתָרוֹן:
1) חשב את ה-Mr CH₂O האמפירי:
– C = 12
– H₂ = 2 × 1 = 2
– O = 16
סה"כ = 12 + 2 + 16 = 30 גרם/מול
2) חשב את n:
– n = 180 ÷ 30 = 6
3) נוסחה מולקולרית:
– (CH₂O) × 6 = C₆H₁₂O₆
אז הנוסחה המולקולרית היא C₆H₁₂O₆.
-
8. טיפים למניעת טעויות נפוצות
1. השתמשו ב-Ar נכון ועקבי. טעות קטנה בחילוק יכולה לשנות את היחס.
2. בעת קביעת היחס, יש לעגל אותו בצורה לוגית: 1,99 ≈ 2; 3,01 ≈ 3.
3. אם אתם רואים שבר כמו 1,5 או 1,25, אל תעגלו אותו מיד כלפי מעלה; הכפילו את כל היחסים כדי לקבל מספר שלם.
4. ודאו שהערך של n עבור הנוסחה המולקולרית הוא מספר שלם. אם הוא אינו מספר שלם, בדקו שוב את חישוב המולא או ה-Mr.
5. זכרו: הנוסחה האמפירית היא הצורה הפשוטה ביותר, בעוד שהנוסחה המולקולרית יכולה להיות "גדולה" יותר ככפולה.
-
9. קסימפולן
קביעת נוסחאות אמפיריות ומולקולריות היא מיומנות חיונית בכימיה משום שהיא מסייעת לחשוף את זהותן והרכבן של תרכובות. נוסחאות אמפיריות מתקבלות מיחס מולרי של יסודות בצורתם הפשוטה ביותר, בעוד שנוסחאות מולקולריות נקבעות על ידי הכפלת הנוסחה האמפירית בגורם n, הנגזר מהיחס בין המסה המולרית של התרכובת למסת הנוסחה האמפירית. בעזרת תרגול עקבי ועיבוד קפדני של נתוני מסה ומול, תהליך קביעת שתי נוסחאות אלו יהפוך לקל ומהיר יותר.
אם תרצה, אוכל להוסיף 2-3 שאלות תרגול עם הסברים לחיזוק ההבנה.
