วิธีการหา สูตรเอ็มพิริคัลและสูตรโมเลกุล
ในวิชาเคมี การทำความเข้าใจองค์ประกอบของสารประกอบเป็นขั้นตอนพื้นฐานในการระบุคุณสมบัติ ปฏิกิริยา และแม้กระทั่งวิธีการเตรียมสารประกอบนั้น สองแนวคิดสำคัญที่มักพบในบทเรียนเคมีคือ สูตรเชิงประจักษ์และสูตรโมเลกุล แม้ว่าทั้งสองจะเป็น "สูตร" สำหรับสารประกอบ แต่มีความหมายแตกต่างกัน สูตรเชิงประจักษ์แสดงอัตราส่วนที่ง่ายที่สุดของจำนวนอะตอมที่เป็นองค์ประกอบ ในขณะที่สูตรโมเลกุลแสดงจำนวนอะตอมที่แท้จริงในโมเลกุล บทความนี้จะกล่าวถึงวิธีการหาทั้งสองอย่างอย่างเป็นระบบ พร้อมขั้นตอนการคำนวณและตัวอย่าง
-
1. ทำความเข้าใจสูตรเชิงประจักษ์
สูตรเอ็มพิริคัลคือสูตรทางเคมีที่แสดงอัตราส่วนที่ง่ายที่สุด (จำนวนเต็มที่น้อยที่สุด) ของอะตอมในสารประกอบ สูตรนี้ไม่จำเป็นต้องเหมือนกับสูตรโมเลกุลเสมอไป
ตัวอย่าง:
– สารประกอบกลูโคสมีสูตรโมเลกุล C₆H₁₂O₆ แต่สูตรเอ็มพิริคัลคือ CH₂O (เนื่องจากดัชนีทั้งหมดหารด้วย 6 ลงตัว)
สูตรเชิงประจักษ์มีประโยชน์มากเมื่อข้อมูลที่มีอยู่เป็นเปอร์เซ็นต์มวลของธาตุหรือผลการวิเคราะห์ธาตุ เนื่องจากเปอร์เซ็นต์มวลสามารถลดทอนเป็นอัตราส่วนโมลได้ง่ายกว่า
-
2. ความเข้าใจเกี่ยวกับสูตรโมเลกุล
สูตรโมเลกุลระบุจำนวนอะตอมที่แท้จริงของแต่ละธาตุในโมเลกุลของสารประกอบ โดยปกติแล้วสูตรโมเลกุลจะเป็นผลคูณของสูตรเอ็มพิริคัล
ความสัมพันธ์ระหว่างทั้งสอง:
– สูตรโมเลกุล = (สูตรเอ็มพิริคัล) × n
– โดยที่ n เป็นจำนวนเต็ม (1, 2, 3 เป็นต้น)
ถ้า n = 1 สูตรโมเลกุลจะเหมือนกับสูตรเอ็มพิริคัล
-
3. ข้อมูลที่จำเป็น
ในการหาค่าสูตรเอ็มพิริคัลและสูตรโมเลกุลนั้น โดยทั่วไปจำเป็นต้องดำเนินการดังนี้:
1. องค์ประกอบทางเคมี เช่น:
– ร้อยละโดยมวลของแต่ละธาตุ (เช่น C = 40%, H = 6,7%, O = 53,3%)
– หรือมวลของธาตุในตัวอย่าง
2. มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ (Mr) หรือมวลโมลาร์ของสารประกอบ (เพื่อหาว่าสูตรโมเลกุลคืออะไร)
หากไม่มีคุณ เราก็สามารถกำหนดได้เพียงสูตรเชิงประจักษ์เท่านั้น
-
4. ขั้นตอนในการกำหนดสูตรเชิงประจักษ์
ต่อไปนี้เป็นขั้นตอนทั่วไปที่สามารถนำไปใช้ได้กับคำถามเกือบทุกข้อ:
ขั้นตอนที่ 1: สมมติว่ามวลรวมคือ 100 กรัม (หากข้อมูลเป็นเปอร์เซ็นต์)
ถ้าส่วนประกอบระบุเป็นเปอร์เซ็นต์โดยมวล ให้สมมติว่าตัวอย่างมีมวล 100 กรัม ดังนั้น:
– ร้อยละโดยมวล = กรัมมวล
ตัวอย่าง: 40% C หมายถึงมีคาร์บอน 40 กรัม ในสารประกอบ 100 กรัม
ขั้นตอนที่ 2: แปลงมวลของแต่ละธาตุให้เป็นโมล
ใช้สูตร:
– โมล = มวล (กรัม) ÷ อาร์คติก
Ar คือมวลอะตอมสัมพัทธ์ (เช่น C = 12, H = 1, O = 16, N = 14 เป็นต้น)
ขั้นตอนที่ 3: กำหนดอัตราส่วนโมลที่ง่ายที่สุด
นำค่าโมลทั้งหมดมาหารด้วยค่าโมลที่น้อยที่สุด โดยมีเป้าหมายเพื่อให้ได้อัตราส่วนที่ใกล้เคียงกับจำนวนเต็ม
ขั้นตอนที่ 4: ถ้าอัตราส่วนไม่ใช่จำนวนเต็ม ให้คูณด้วยตัวประกอบที่กำหนด
บางครั้งผลลัพธ์ของการหารจะได้ตัวเลขดังนี้:
– 1 : 1,5 : 1 → คูณด้วย 2 จะกลายเป็น 2 : 3 : 2
– 1 : 1,33 : 1 → คูณด้วย 3 จะกลายเป็น 3 : 4 : 3
– 1 : 1,25 : 1 → คูณด้วย 4 จะกลายเป็น 4 : 5 : 4
เมื่อค่าดังกล่าวกลายเป็นจำนวนเต็ม นั่นคือดัชนีของสูตรเชิงประจักษ์
-
5. ตัวอย่างการหาค่าสูตรเชิงประจักษ์
คำถาม: สารประกอบชนิดหนึ่งประกอบด้วยคาร์บอน 40%, ไฮโดรเจน 6,7% และออกซิเจน 53,3% จงหา สูตรเอ็มพิริคัลของสารประกอบนี้
สารละลาย:
1) พิจารณาสารประกอบปริมาณ 100 กรัม:
– C = 40 กรัม
– H = 6,7 กรัม
– O = 53,3 กรัม
2) แปลงเป็นหน่วยโมล:
– โมล C = 40/12 = 3,33
– โมล H = 6,7/1 = 6,7
– โมล O = 53,3/16 = 3,33
3) หารด้วยจำนวนโมลที่น้อยที่สุด (3,33):
– C: 3,33/3,33 = 1
– H: 6,7/3,33 ≈ 2,01 ≈ 2
– O: 3,33/3,33 = 1
อัตราส่วนคือ 1 : 2 : 1 → สูตรเอ็มพิริคัล = CH₂O
-
6. วิธีการหา สูตรโมเลกุล
เมื่อได้สูตรเอ็มพิริคัลแล้ว ก็สามารถกำหนดสูตรโมเลกุลได้หากทราบมวลโมลาร์ของสารประกอบนั้น
ขั้นตอนที่ 1: คำนวณมวลสูตรเชิงประจักษ์ (Mr empirical)
Mr เชิงประจักษ์ = ผลรวม (Ar × ดัชนี) สำหรับอะตอมทั้งหมดในสูตรเชิงประจักษ์
ขั้นตอนที่ 2: กำหนดค่าของ n
ใช้:
– n = (มวลโมเลกุลของสารประกอบจริง) ÷ (มวลโมเลกุลของสารประกอบเชิงประจักษ์)
ค่าของ n ต้องเป็นจำนวนเต็ม
ขั้นตอนที่ 3: คูณดัชนีทั้งหมดในสูตรเชิงประจักษ์ด้วย n
ผลลัพธ์ที่ได้คือสูตรโมเลกุล
-
7. ตัวอย่างการหา สูตรโมเลกุล
คำถาม: สารประกอบชนิดหนึ่งมีสูตรเอ็มพิริคัล CH₂O และมวลโมลาร์ 180 กรัม/โมล จงหาว่าสารประกอบนี้มีสูตรโมเลกุลหรือไม่
สารละลาย:
1) คำนวณค่า Mr เชิงประจักษ์ของ CH₂O:
– ค = 12
– H₂ = 2 × 1 = 2
– โอ = 16
รวม = 12 + 2 + 16 = 30 กรัม/โมล
2) คำนวณค่า n :
– n = 180 ÷ 30 = 6
3) สูตรโมเลกุล:
– (CH₂O) × 6 = C₆H₁₂O₆
ดังนั้นสูตรโมเลกุลคือ C₆H₁₂O₆
-
8. เคล็ดลับในการหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดทั่วไป
1. ใช้ค่า Ar ที่ถูกต้องและสม่ำเสมอ ข้อผิดพลาดเล็กน้อยในการหารอาจทำให้ค่าอัตราส่วนเปลี่ยนแปลงได้
2. เมื่อคำนวณอัตราส่วน ให้ปัดเศษอย่างมีเหตุผล: 1,99 ≈ 2; 3,01 ≈ 3
3. ถ้าคุณเห็นเศษส่วนเช่น 1,5 หรือ 1,25 อย่าปัดขึ้นทันที ให้คูณอัตราส่วนทั้งหมดเพื่อให้ได้จำนวนเต็ม
4. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่า n ในสูตรโมเลกุลเป็นจำนวนเต็ม หากไม่ใช่จำนวนเต็ม ให้ตรวจสอบการคำนวณโมลหรือมวลโมเลกุลอีกครั้ง
5. โปรดจำไว้ว่า สูตรเอ็มพิริคัลเป็นรูปแบบที่ง่ายที่สุด ในขณะที่สูตรโมเลกุลสามารถ "ใหญ่กว่า" ได้เนื่องจากเป็นผลคูณ
-
9. ภารกิจ
การหา สูตรเอ็มพิริคัลและสูตรโมเลกุลเป็นทักษะสำคัญในวิชาเคมี เพราะช่วยเปิดเผยเอกลักษณ์และองค์ประกอบของสารประกอบ สูตรเอ็มพิริคัลได้มาจากการหาอัตราส่วนโมลของธาตุในรูปแบบที่ง่ายที่สุด ในขณะที่สูตรโมเลกุลหาได้จากการคูณสูตรเอ็มพิริคัลด้วยตัวประกอบ n ซึ่งได้มาจากอัตราส่วนของมวลโมลของสารประกอบต่อมวลของสูตรเอ็มพิริคัล ด้วยการฝึกฝนอย่างสม่ำเสมอและการประมวลผลข้อมูลมวลและโมลอย่างระมัดระวัง กระบวนการหาทั้งสองสูตรนี้จะง่ายและเร็วขึ้น
ถ้าคุณต้องการ ฉันสามารถเพิ่มแบบฝึกหัด 2-3 ข้อพร้อมคำอธิบายเพื่อเสริมสร้างความเข้าใจได้
