Kako določiti empirične in molekularne formule
V kemiji je razumevanje sestave spojine temeljni korak pri prepoznavanju njenih lastnosti, reaktivnosti in celo načina priprave. Dva pomembna koncepta, ki se pogosto pojavljata pri pouku kemije, sta empirični formuli in molekularni formuli. Čeprav sta obe "formuli" za spojino, imata različen pomen. Empirična formula označuje najpreprostejše razmerje med številom sestavnih atomov, medtem ko molekularna formula označuje dejansko število atomov v molekuli. Ta članek obravnava, kako sistematično določiti oboje, skupaj s koraki izračuna in primeri.
-
1. Razumevanje empiričnih formul
Empirična formula je kemijska formula, ki izraža najpreprostejše (najmanjše celo število) razmerje atomov v spojini. Ta formula ni vedno enaka molekulski formuli.
primer:
– Spojina glukoza ima molekulsko formulo C₆H₁₂O₆, njena empirična formula pa je CH₂O (ker so vsi indeksi deljivi s 6).
Empirične formule so zelo uporabne, kadar so na voljo podatki masni odstotki elementov ali rezultati elementarne analize, ker se masni odstotki lažje prevedejo v molska razmerja.
-
2. Razumevanje molekularnih formul
Molekulska formula navaja dejansko število atomov vsakega elementa v molekuli spojine. Molekulska formula je običajno večkratnik empirične formule.
Razmerje med obema:
– Molekulska formula = (empirična formula) × n
– kjer je n celo število (1, 2, 3 itd.)
Če je n = 1, potem je molekularna formula enaka empirični formuli.
-
3. Zahtevani podatki
Za določitev empirične formule in molekulske formule je običajno potrebno:
1. Elementarna sestava, na primer:
– masni odstotek vsakega elementa (npr. C = 40 %, H = 6,7 %, O = 53,3 %)
– ali masa elementov v vzorcu
2. Mr (relativna molekulska masa) ali molska masa spojine (za določitev molekulske formule)
Brez g. lahko določimo le empirično formulo.
-
4. Koraki za določitev empirične formule
Tukaj so splošni koraki, ki jih je mogoče uporabiti za skoraj vsa vprašanja:
1. korak: Predpostavimo, da je skupna masa 100 gramov (če so podatki v odstotkih)
Če je sestava podana v masnih odstotkih, predpostavimo vzorec s 100 g. Potem:
– masni odstotek = masa v gramih
Primer: 40 % C pomeni 40 g C v 100 g spojine.
2. korak: Pretvorite maso vsakega elementa v mole
Uporabite formulo:
– mol = masa (g) ÷ Ar
Ar je relativna atomska masa (npr. C = 12, H = 1, O = 16, N = 14 itd.)
3. korak: Določite najpreprostejše molsko razmerje
Vse molske vrednosti delite z najmanjšo molsko vrednostjo. Cilj je dobiti razmerje blizu celega števila.
4. korak: Če razmerje ni celo število, ga pomnožite z določenim faktorjem.
Včasih rezultat deljenja da številke, kot so:
– 1 : 1,5 : 1 → pomnožite 2, da dobite 2 : 3 : 2
– 1 : 1,33 : 1 → pomnožite 3, da dobite 3 : 4 : 3
– 1 : 1,25 : 1 → pomnožite 4, da dobite 4 : 5 : 4
Ko postane celo število, je to indeks empirične formule.
-
5. Primer določanja empiričnih formul
Vprašanje: Spojina je sestavljena iz 40 % C, 6,7 % H in 53,3 % O. Določite njeno empirično formulo.
Rešitev:
1) Upoštevajte 100 g spojine:
– C = 40 g
– H = 6,7 g
– O = 53,3 g
2) Pretvorite v mole:
– mol C = 40/12 = 3,33
– mol H = 6,7/1 = 6,7
– mol O = 53,3/16 = 3,33
3) Delimo z najmanjšim molom (3,33):
– C: 3,33/3,33 = 1
– V: 6,7/3,33 ≈ 2,01 ≈ 2
– 0: 3,33/3,33 = 1
Razmerje je 1 : 2 : 1 → empirična formula = CH₂O.
-
6. Kako določiti molekulsko formulo
Ko dobimo empirično formulo, lahko določimo molekulsko formulo, če je znana molska masa spojine.
1. korak: Izračunajte maso po empirični formuli (Mr empirični)
Empirični Mr = vsota (Ar × indeks) za vse atome v empirični formuli.
2. korak: Določite vrednost n
Uporaba:
– n = (Mr dejanske spojine) ÷ (Mr empirične)
Vrednost n mora biti celo število.
3. korak: Vse indekse v empirični formuli pomnožite z n
Rezultat je molekularna formula.
-
7. Primer določanja molekulske formule
Vprašanje: Spojina ima empirično formulo CH₂O in molsko maso 180 g/mol. Določite njeno molekulsko formulo.
Rešitev:
1) Izračunajte empirični Mr CH₂O:
– C = 12
– H₂ = 2 × 1 = 2
– O = 16
Skupaj = 12 + 2 + 16 = 30 g/mol
2) Izračunajte n:
– n = 180 ÷ 30 = 6
3) Molekulska formula:
– (CH₂O) × 6 = C₆H₁₂O₆
Torej je molekularna formula C₆H₁₂O₆.
-
8. Nasveti za izogibanje pogostim napakam
1. Uporabljajte pravilen in dosleden Ar. Majhna napaka pri deljenju lahko spremeni razmerje.
2. Pri določanju razmerja ga logično zaokrožite: 1,99 ≈ 2; 3,01 ≈ 3.
3. Če vidite ulomek, kot je 1,5 ali 1,25, ga ne zaokrožite takoj navzgor; pomnožite vsa razmerja, da dobite celo število.
4. Prepričajte se, da je vrednost n za molekulsko formulo celo število. Če ni celo število, dvakrat preverite izračun mola ali g.
5. Ne pozabite: empirična formula je najpreprostejša oblika, medtem ko je molekularna formula lahko "večja" kot večkratnik.
-
9. Kesimpulan
Določanje empiričnih in molekulskih formul je ključna veščina v kemiji, saj pomaga razkriti identiteto in sestavo spojin. Empirične formule dobimo iz molskega razmerja elementov v njihovi najpreprostejši obliki, medtem ko molekulske formule določimo z množenjem empirične formule s faktorjem n, ki izhaja iz razmerja med molsko maso spojine in maso empirične formule. Z dosledno vajo in skrbno obdelavo podatkov o masi in molskih razmerjih bo postopek določanja teh dveh formul lažji in hitrejši.
Če želite, lahko dodam 2-3 praktična vprašanja z razlagami za okrepitev razumevanja.
