Hur man bestämmer empiriska och molekylära formler
Inom kemi är det ett grundläggande steg att förstå en förening sin sammansättning för att förstå dess egenskaper, reaktivitet och till och med hur den framställs. Två viktiga begrepp som ofta förekommer i kemilektioner är empiriska formler och molekylformler. Även om båda är "formler" för en förening har de olika betydelser. En empirisk formel anger det enklaste förhållandet mellan antalet ingående atomer, medan en molekylformel anger det faktiska antalet atomer i en molekyl. Den här artikeln diskuterar hur man systematiskt bestämmer båda, komplett med beräkningssteg och exempel.
-
1. Förstå empiriska formler
En empirisk formel är en kemisk formel som uttrycker det enklaste (minsta heltal) förhållandet mellan atomer i en förening. Denna formel är inte alltid densamma som molekylformeln.
Exempel:
– Föreningen glukos har molekylformeln C₆H₁₂O₆, men dess empiriska formel är CH₂O (eftersom alla index är delbara med 6).
Empiriska formler är mycket användbara när tillgängliga data är massprocentandelar av element eller resultaten av elementanalys, eftersom massprocentandelar lättare kan reduceras till molförhållanden.
-
2. Förstå molekylära formler
Molekylformeln anger det faktiska antalet atomer av varje element i en molekyl av en förening. Molekylformeln är vanligtvis en multipel av den empiriska formeln.
Förhållandet mellan de två:
– Molekylformel = (Empirisk formel) × n
– där n är ett heltal (1, 2, 3, etc.)
Om n = 1, är molekylformeln densamma som den empiriska formeln.
-
3. Obligatoriska uppgifter
För att bestämma den empiriska formeln och molekylformeln är det vanligtvis nödvändigt:
1. Elementarsammansättning, till exempel:
– massprocent av varje element (t.ex. C = 40 %, H = 6,7 %, O = 53,3 %)
– eller massan av elementen i provet
2. Mr (relativ molekylmassa) eller molmassa för föreningen (för att bestämma molekylformeln)
Utan Mr kan vi bara bestämma den empiriska formeln.
-
4. Steg för att bestämma den empiriska formeln
Här är allmänna steg som kan användas för nästan alla frågor:
Steg 1: Anta att den totala massan är 100 gram (om informationen är i procent)
Om sammansättningen anges i massprocent, anta ett prov på 100 g. Då:
– massprocent = gram massa
Exempel: 40 % C betyder 40 g C i 100 g av en förening.
Steg 2: Konvertera massan av varje element till mol
Använd formeln:
– mol = massa (g) ÷ Ar
Ar är den relativa atommassan (t.ex. C = 12, H = 1, O = 16, N = 14, etc.)
Steg 3: Bestäm det enklaste molförhållandet
Dividera alla molvärden med det minsta molvärdet. Målet är att få förhållandet nära ett heltal.
Steg 4: Om förhållandet inte är ett heltal, multiplicera det med en viss faktor.
Ibland ger resultatet av division tal som:
– 1 : 1,5 : 1 → multiplicera med 2 för att bli 2 : 3 : 2
– 1 : 1,33 : 1 → multiplicera med 3 för att bli 3 : 4 : 3
– 1 : 1,25 : 1 → multiplicera med 4 för att bli 4 : 5 : 4
När det blir ett heltal är det indexet för den empiriska formeln.
-
5. Exempel på bestämning av empiriska formler
Fråga: En förening består av 40 % C, 6,7 % H och 53,3 % O. Bestäm dess empiriska formel.
Lösning:
1) Betrakta 100 g av föreningen:
– C = 40 g
– H = 6,7 g
– O = 53,3 g
2) Konvertera till mol:
– mol C = 40/12 = 3,33
– mol H = 6,7/1 = 6,7
– mol O = 53,3/16 = 3,33
3) Dividera med den minsta molen (3,33):
– C: 3,33/3,33 = 1
– H: 6,7/3,33 ≈ 2,01 ≈ 2
– O: 3,33/3,33 = 1
Förhållandet är 1:2:1 → empirisk formel = CH₂O.
-
6. Hur man bestämmer molekylformeln
När den empiriska formeln har erhållits kan molekylformeln bestämmas om föreningens molmassa är känd.
Steg 1: Beräkna den empiriska formelns massa (Mr empirisk)
Empirisk Mr = summa (Ar × index) för alla atomer i den empiriska formeln.
Steg 2: Bestäm värdet på n
Använda:
– n = (Mr av faktisk förening) ÷ (Mr av empirisk)
Värdet på n måste vara ett heltal.
Steg 3: Multiplicera alla index i den empiriska formeln med n
Resultatet är en molekylformel.
-
7. Exempel på bestämning av molekylformel
Fråga: En förening har den empiriska formeln CH₂O och en molmassa på 180 g/mol. Bestäm dess molekylformel.
Lösning:
1) Beräkna den empiriska Mr CH₂O:
– C = 12
– H₂ = 2 × 1 = 2
– O = 16
Totalt = 12 + 2 + 16 = 30 g/mol
2) Beräkna n:
– n = 180 ÷ 30 = 6
3) Molekylformel:
– (CH₂O) × 6 = C₆H₁₂O₆
Så är molekylformeln C₆H₁₂O₆.
-
8. Tips för att undvika vanliga misstag
1. Använd korrekt och konsekvent Ar. Ett litet divisionsfel kan ändra förhållandet.
2. Avrunda förhållandet logiskt: 1,99 ≈ 2; 3,01 ≈ 3.
3. Om du ser ett bråktal som 1,5 eller 1,25, avrunda det inte uppåt direkt; multiplicera alla förhållanden för att få ett heltal.
4. Se till att värdet på n för molekylformeln är ett heltal. Om det inte är ett heltal, dubbelkolla mol- eller Mr-beräkningen.
5. Kom ihåg: den empiriska formeln är den enklaste formen, medan molekylformeln kan vara "större" som en multipel.
-
9. Sammanfattning
Att bestämma empiriska och molekylära formler är en avgörande färdighet inom kemi eftersom det hjälper till att avslöja föreningars identitet och sammansättning. Empiriska formler erhålls från molförhållandet för element i deras enklaste form, medan molekylära formler bestäms genom att multiplicera den empiriska formeln med faktorn n, härledd från förhållandet mellan föreningens molmassa och den empiriska formelns massa. Med konsekvent övning och noggrann bearbetning av mass- och moldata kommer processen att bli enklare och snabbare.
Om du vill kan jag lägga till 2-3 övningsfrågor med förklaringar för att stärka förståelsen.
