Ako určiť empirické a molekulárne vzorce
V chémii je pochopenie zloženia zlúčeniny základným krokom k pochopeniu jej vlastností, reaktivity a dokonca aj spôsobu jej prípravy. Dva dôležité pojmy, ktoré sa často objavujú na hodinách chémie, sú empirické vzorce a molekulové vzorce. Hoci oba sú „vzorcami“ pre zlúčeninu, majú odlišný význam. Empirický vzorec označuje najjednoduchší pomer počtu atómov, ktoré ju tvoria, zatiaľ čo molekulový vzorec označuje skutočný počet atómov v molekule. Tento článok pojednáva o tom, ako systematicky určiť oba pojmy, spolu s krokmi výpočtu a príkladmi.
-
1. Pochopenie empirických vzorcov
Empirický vzorec je chemický vzorec, ktorý vyjadruje najjednoduchší (najmenšie celé číslo) pomer atómov v zlúčenine. Tento vzorec nie je vždy rovnaký ako molekulárny vzorec.
Príklad:
– Zlúčenina glukóza má molekulový vzorec C₆H₁₂O₆, ale jej empirický vzorec je CH₂O (pretože všetky indexy sú deliteľné 6).
Empirické vzorce sú veľmi užitočné, keď sú dostupné údaje hmotnostné percentá prvkov alebo výsledky elementárnej analýzy, pretože hmotnostné percentá sa ľahšie prevedú na molárne pomery.
-
2. Pochopenie molekulárnych vzorcov
Molekulárny vzorec udáva skutočný počet atómov každého prvku v molekule zlúčeniny. Molekulárny vzorec je zvyčajne násobkom empirického vzorca.
Vzťah medzi nimi dvoma:
– Molekulárny vzorec = (Empirický vzorec) × n
– kde n je celé číslo (1, 2, 3 atď.)
Ak n = 1, potom je molekulárny vzorec rovnaký ako empirický vzorec.
-
3. Požadované údaje
Na určenie empirického vzorca a molekulárneho vzorca je zvyčajne potrebné:
1. Elementárne zloženie, napríklad:
– hmotnostné percento každého prvku (napr. C = 40 %, H = 6,7 %, O = 53,3 %)
– alebo hmotnosť prvkov vo vzorke
2. Mr (relatívna molekulová hmotnosť) alebo molárna hmotnosť zlúčeniny (na určenie molekulového vzorca)
Bez pána môžeme určiť iba empirický vzorec.
-
4. Kroky na určenie empirického vzorca
Tu sú všeobecné kroky, ktoré možno použiť pre takmer všetky otázky:
Krok 1: Predpokladajme, že celková hmotnosť je 100 gramov (ak sú údaje percentá)
Ak je zloženie uvedené v hmotnostných percentách, predpokladajme vzorku s hmotnosťou 100 g. Potom:
– hmotnostné percento = hmotnosť v gramoch
Príklad: 40 % C znamená 40 g C v 100 g zlúčeniny.
Krok 2: Preveďte hmotnosť každého prvku na moly
Použite vzorec:
– mol = hmotnosť (g) ÷ Ar
Ar je relatívna atómová hmotnosť (napr. C = 12, H = 1, O = 16, N = 14 atď.)
Krok 3: Určenie najjednoduchšieho molárneho pomeru
Vydeľte všetky molárne hodnoty najmenšou molárnou hodnotou. Cieľom je získať pomer blízky celému číslu.
Krok 4: Ak pomer nie je celé číslo, vynásobte ho určitým faktorom.
Výsledkom delenia niekedy sú čísla ako:
– 1 : 1,5 : 1 → vynásobte 2, aby ste dostali 2 : 3 : 2
– 1 : 1,33 : 1 → vynásobte 3, aby ste dostali 3 : 4 : 3
– 1 : 1,25 : 1 → vynásobte 4, aby ste dostali 4 : 5 : 4
Keď sa z neho stane celé číslo, je to index empirického vzorca.
-
5. Príklad určenia empirických vzorcov
Otázka: Zlúčenina sa skladá zo 40 % C, 6,7 % H a 53,3 % O. Určte jej empirický vzorec.
Riešenie:
1) Uvažujme 100 g zlúčeniny:
– C = 40 g
– H = 6,7 g
– O = 53,3 g
2) Preveďte na moly:
– mol C = 40/12 = 3,33
– mol H = 6,7/1 = 6,7
– mol O = 53,3/16 = 3,33
3) Vydeľte najmenším mólom (3,33):
– C: 3,33/3,33 = 1
– V: 6,7/3,33 ≈ 2,01 ≈ 2
– 0: 3,33/3,33 = 1
Pomer je 1 : 2 : 1 → empirický vzorec = CH₂O.
-
6. Ako určiť molekulárny vzorec
Po získaní empirického vzorca je možné určiť molekulárny vzorec, ak je známa molárna hmotnosť zlúčeniny.
Krok 1: Výpočet hmotnosti podľa empirického vzorca (Mr empirický)
Empirický Mr = súčet (Ar × index) pre všetky atómy v empirickom vzorci.
Krok 2: Určenie hodnoty n
Použitie:
– n = (Mr skutočnej zlúčeniny) ÷ (Mr empirickej hodnoty)
Hodnota n musí byť celé číslo.
Krok 3: Vynásobte všetky indexy v empirickom vzorci číslom n
Výsledkom je molekulárny vzorec.
-
7. Príklad určenia molekulového vzorca
Otázka: Zlúčenina má empirický vzorec CH₂O a molárnu hmotnosť 180 g/mol. Určte jej molekulový vzorec.
Riešenie:
1) Vypočítajte empirický Mr CH₂O:
– C = 12
– H₂ = 2 × 1 = 2
– O = 16
Celkom = 12 + 2 + 16 = 30 g/mol
2) Vypočítajte n:
– n = 180 ÷ 30 = 6
3) Molekulárny vzorec:
– (CH₂O) × 6 = C₆H₁₂O₆
Molekulárny vzorec je teda C₆H₁₂O₆.
-
8. Tipy, ako sa vyhnúť bežným chybám
1. Používajte správne a konzistentné Ar. Malá chyba v delení môže zmeniť pomer.
2. Pri určovaní pomeru ho logicky zaokrúhlite: 1,99 ≈ 2; 3,01 ≈ 3.
3. Ak uvidíte zlomok ako 1,5 alebo 1,25, nezaokrúhľujte ho hneď nahor; vynásobte všetky pomery, aby ste dostali celé číslo.
4. Uistite sa, že hodnota n pre molekulový vzorec je celé číslo. Ak to nie je celé číslo, znova skontrolujte výpočet molu alebo Mr.
5. Pamätajte: empirický vzorec je najjednoduchšia forma, zatiaľ čo molekulárny vzorec môže byť „väčší“ ako násobok.
-
9. Kesimpulan
Určovanie empirických a molekulových vzorcov je v chémii kľúčovou zručnosťou, pretože pomáha odhaliť identitu a zloženie zlúčenín. Empirické vzorce sa získavajú z molárneho pomeru prvkov v ich najjednoduchšej forme, zatiaľ čo molekulové vzorce sa určujú vynásobením empirického vzorca faktorom n, odvodeným z pomeru molárnej hmotnosti zlúčeniny k hmotnosti empirického vzorca. S dôslednou praxou a starostlivým spracovaním údajov o hmotnosti a moloch sa proces určovania týchto dvoch vzorcov zjednoduší a zrýchli.
Ak chcete, môžem pridať 2-3 cvičné otázky s vysvetleniami na posilnenie porozumenia.
