Eksempelspørsmål og diskusjon: Molekylformler og empiriske formler
Å lære kjemi er uatskillelig fra grunnleggende konsepter som molekylformler og empiriske formler. Disse to konseptene er avgjørende fordi de gir en oversikt over sammensetningen av kjemiske forbindelser. Denne artikkelen vil grundig utforske eksempelproblemer og diskutere dem. Med en god forståelse av disse to konseptene er det håpet at du vil synes det er lettere å tilnærme deg kjemiproblemer, spesielt de i dette kapittelet.
Forstå empiriske formler
En empirisk formel er en formel som viser det enkleste forholdet mellom atomene som utgjør en forbindelse. Denne formelen angir ikke det nøyaktige antallet atomer i et molekyl, men bare det minste forholdet mellom disse atomene. For eksempel er den empiriske formelen for glukose CH₂O, som betyr at i ett glukosemolekyl er det et forhold på ett karbonatom for hver to hydrogenatomer og ett oksygenatom.
Forstå molekylære formler
Samtidig gir molekylformelen informasjon om det faktiske antallet atomer av hvert element i et enkelt molekyl av en forbindelse. For eksempel er molekylformelen for glukose C₆H₁₂O₆, som betyr at hvert glukosemolekyl inneholder seks karbonatomer, tolv hydrogenatomer og seks oksygenatomer.
Fremgangsmåte for å bestemme empiriske formler
1. Bestem massen til hvert grunnstoff: Hvis masseprosenten er gitt, bestem først massen til hvert grunnstoff i 100 gram av forbindelsen.
2. Konvertering av masse til mol: Konverter massen til et grunnstoff til mol ved å dele massen på molmassen til hvert grunnstoff.
3. Bestemmelse av molforholdet: Bestem molforholdet til de tilstedeværende elementene. Metoden er å dele antall mol av hvert element med det minste antallet mol som oppnås.
4. Avrunding av sammenligningen: Om nødvendig, rund av molforholdet til nærmeste hele tall.
5. Skrive empiriske formler: Kombiner disse sammenligningene for å skrive empiriske formler.
Fremgangsmåte for å bestemme molekylformel
For å bestemme molekylformelen trenger vi molmassen til forbindelsen og dens empiriske formel. Her er de generelle trinnene:
1. Bestem den empiriske formelen: Utfør trinnene for å bestemme den empiriske formelen først.
2. Beregning av molmassen til den empiriske formelen: Legg sammen molmassene til hvert element i den empiriske formelen for å få molmassen til den empiriske formelen.
3. Bestemmelse av molmassen til en forbindelse: Vanligvis gitt i spørsmål eller eksperimenter.
4. Bestemmelse av N-faktoren: Del molmassen til forbindelsen med molmassen til den empiriske formelen for å få faktoren (n).
5. Bestemmelse av molekylformel: Multipliser faktoren (n) med alle indeksene i den empiriske formelen for å få molekylformel.
Eksempel på hva som skjer i fremtiden
Spørsmål 1: Bestemmelse av den empiriske formelen
En forbindelse har følgende massesammensetning: 40 % karbon (C), 6,7 % hydrogen (H) og 53,3 % oksygen (O). Bestem den empiriske formelen til denne forbindelsen.
Svare:
1. Konverter masse til mol:
– Karbon:
\[
40 g/12 g/mol = 3,33 mol
\]
– Hydrogen:
\[
6,7 g/1 g/mol = 6,7 mol
\]
– Oksygen:
\[
53,3 g/16 g/mol = 3,33 mol
\]
2. Bestemmelse av molforholdet:
– C: 3,33 mol / 3,33 = 1
– H₂: 6,7 mol / 3,33 = 2
– O: 3,33 mol / 3,33 = 1
3. Skrive empiriske formler:
– Molforholdet C:H:O er 1:2:1, så den empiriske formelen er CH₂O.
Spørsmål 2: Bestemmelse av molekylformel
Hvis molmassen til en forbindelse med den empiriske formelen CH₂O er kjent til å være 180 gram/mol, bestem dens molekylformel.
Svare:
1. Molar masse av den empiriske formelen CH₂O:
– Molar masse C = 12 g/mol
– Molar masse H = (2 x 1) g/mol = 2 g/mol
– Molar masse av O = 16 g/mol
Så molmassen til CH₂O = 12 + 2 + 16 = 30 g/mol
2. Bestem n-faktoren:
\[
\frac{masse \text{molar}}{masse \text{empirisk molar}} = \frac{180 \text{ g/mol}}{30 \text{ g/mol}} = 6
\]
3. Bestemmelse av molekylformelen:
– N-faktoren er 6, så molekylformelen er 6 x (CH₂O) = C₆H₁₂O₆.
Eksempler på spørsmål som krever mer komplekse beregninger
Spørsmål 3: Bestemmelse av den empiriske formelen fra prosentdata
En organisk forbindelse består av 75.0 % karbon, 20.0 % hydrogen og 5.0 % nitrogen. Bestem den empiriske formelen til forbindelsen.
Svare:
1. Konverter masse til mol:
– Karbon:
\[
75.0 g/12.0 g/mol = 6.25 mol
\]
– Hydrogen:
\[
20.0 g/1.0 g/mol = 20.0 mol
\]
– Nitrogen:
\[
5.0 g/14.0 g/mol = 0.357 mol
\]
2. Bestemmelse av molforholdet:
– C: 6.25 mol / 0.357 = 17.5 ≈ 18
– H₂: 20.0 mol / 0.357 = 56 ≈ 56
– N: 0.357 mol / 0.357 = 1
3. Skrive empiriske formler:
– Molforholdet C:H:N ≈ 18:56:1, den empiriske formelen er C₁₈H₅₆N.
Konklusjon
Det er avgjørende å forstå konseptene molekylære og empiriske formler i kjemi. Ved å følge trinnene som er skissert og øve på eksemplene som er gitt, vil du forhåpentligvis bli dyktigere i å bestemme de empiriske og molekylære formlene til forbindelser. Øv regelmessig for å få en dypere forståelse av dette stoffet.
