Chemija · Pamoka
Sudėtis, empirinės ir molekulinės formulės
Išmatuotus masių santykius paverskite atomų skaičiaus santykiais. Pagal molinę masę parinkite molekulinę formulę, tada nustatykite, kokios informacijos apie struktūrą dar trūksta.
Grįžti į chemijos planąBaigę pamoką, galėsite
- Atskirti masės dalį procentais nuo atomų skaičiaus ar medžiagos kiekių santykių.
- Nustatyti empirinę formulę pagal pateiktas elementų mases.
- Pagal molekulės molinę masę parinkti sveikąjį daugiklį.
Masės dalys nusako masę, o ne atomų skaičių
Procentinė masės dalis parodo, kokia mėginio masės dalis tenka sudedamajai daliai: jos masė padalijama iš bendros masės ir padauginama iš 100 %. Vandenyje du vandenilio atomai nesudaro dviejų trečdalių masės. Vandenilio atomai yra daug lengvesni už deguonies atomus. Pagal pateiktus molinės masės dėmenis 2.016 ir 16.00 g/mol, vandeniliui tenka apie 11.19 % bendros 18.016 g/mol molinės masės.
Deguoniui tenka likę maždaug 88.81 %. Atomų santykis vis tiek yra H:O = 2:1. Procentinės masės dalys ir atomų santykiai atsako į skirtingus klausimus. Kai sudėties duomenys pateikiami procentinėmis masės dalimis, prieš nustatant atomų santykį kiekvieno elemento masę reikia perskaičiuoti į medžiagos kiekį.
Kiekvieną elementą perskaičiuokite atskirai
Tarkime, išgalvotos sudėties mėginyje yra 12.01 g anglies, 2.016 g vandenilio ir 16.00 g deguonies. Naudojant molines mases C = 12.01, H = 1.008 ir O = 16.00 g/mol, elementų medžiagos kiekiai yra 1 mol C atomų, 2 mol H atomų ir 1 mol O atomų. Visus kiekius padalijus iš mažiausiojo, gaunamas santykis 1:2:1.
Atitinkama empirinė formulė yra CH₂O. Jei pateiktos procentinės masės dalys, galima pradėti nuo tariamos 100 g bendros masės, nes taip procentinių dalių skaitinės vertės tampa sudedamųjų dalių masėmis gramais, o santykiai nepasikeičia. Tai patogus skaičiavimo būdas, o ne teiginys, kad pradinis išmatuotas mėginys būtinai svėrė 100 g.
| Elementas | Masė / g | Molinė masė / (g/mol) | Atomų medžiagos kiekis / mol | Normuotasis santykis |
|---|---|---|---|---|
| C | 12.01 | 12.01 | 1 | 1 |
| H | 2.016 | 1.008 | 2 | 2 |
| O | 16.00 | 16.00 | 1 | 1 |
Išgalvotos elementų masės ir pateiktos suapvalintos molinės masės. Kiekvieną masę padalijus iš atitinkamo elemento molinės masės, gaunamas santykis 1:2:1, o ne pradinis masių santykis.
Ieškokite pagrįsto sveikųjų skaičių santykio
Išmatuoti santykiai gali nebūti tikslūs sveikieji skaičiai. Atsižvelgiant į nurodytą matavimų kokybę, vertės, artimos 1:2:1, gali pagrįsti CH₂O formulę. Santykio, artimo 1:1.5, negalima neapgalvotai suapvalinti iki 1:2; abu santykio narius padauginkite iš dviejų, kad gautumėte 2:3. Tikslas – rasti duomenis atitinkantį bendrą sveikųjų skaičių santykį, o ne savavališkai apvalinti kiekvieną narį atskirai.
Svarbūs yra neapibrėžtis, mėginio grynumas ir numanomas elementų sąrašas. Jei duomenys nepagrindžia paprasto santykio, prieš mėgindami būtinai išvesti formulę, išsiaiškinkite priežastis. Kai kurios medžiagos yra mišiniai arba jų sudėtis kinta. Įprastas empirinės formulės nustatymo metodas turi apibrėžtą taikymo sritį ir neturėtų būti laikomas įrodymu, kad kiekvienas analizuojamas mėginys yra vienas grynas molekulinis junginys.
Molinė masė lemia molekulinės formulės daugiklį
Naudojant šiuos pradinius duomenis, apskaičiuota empirinės formulės CH₂O molinės masės suma yra 12.01 + 2(1.008) + 16.00 = 30.026 g/mol. Jei nepriklausomi duomenys rodo, kad nagrinėjamo gryno junginio molekulių molinė masė yra 180.156 g/mol, santykis yra šeši. Kiekvieną empirinės formulės indeksą padauginkite iš šešių: C₆H₁₂O₆.
Gauta molekulinė formulė nurodo atomų skaičių molekulėje. Tačiau ji nebūtinai nurodo, kaip atomai susijungę, kokia yra stereochemija ar kuris medžiagos pavadinimas teisingas. Kelios struktūros gali turėti tą pačią molekulinę formulę. Sudėties ir molekulinės masės duomenys išsprendžia dalį medžiagos identifikavimo uždavinio; struktūros nustatymas suteikia daugiau informacijos.
Išnagrinėti pavyzdžiai
Nuo sudėties iki molekulinės formulės
Pagal pirmiau pateiktą išgalvotą C/H/O sudėtį gaunama CH₂O. Nepriklausomai pateikta molekulinę formulę atitinkanti molinė masė yra 180.156 g/mol. Kokia molekulinė formulė gaunama?
- Sudėdami apskaičiuokite empirinę formulę atitinkančią molinę masę: 30.026 g/mol.
- Molekulinę formulę atitinkančią molinę masę padalykite iš empirinę formulę atitinkančios molinės masės: 180.156 / 30.026 = 6.
- Visus atomų skaičius formulėje CH₂O padauginkite iš 6.
C₆H₁₂O₆. Ši molekulinė formulė pati savaime vienareikšmiškai nenusako struktūros ar medžiagos.
Pabandykite patys
Ar H₂O reiškia, kad vandenilis sudaro du trečdalius masės?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Apatinis indeksas nurodo atomų skaičių. Atomų masės lemia jų indėlį į bendrą masę.
Medžiagos kiekių santykis yra 1:1.5. Koks sveikųjų skaičių santykis išlaiko tas pačias proporcijas?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
2:3.
Abu santykio narius padauginkite iš dviejų; atskirai suapvalinus 1.5, santykis pasikeistų.
Empirinė formulė yra CH₂, o pagal ją apskaičiuota molinė masė yra 14.026 g/mol. Molekulinė molinė masė yra 42.078 g/mol. Kokia formulė gaunama?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
C₃H₆.
Molekulinę ir empirinę formules atitinkančių molinių masių santykis yra trys, todėl abu indeksus padauginkite iš trijų.
Ar sudėtis ir molekulinė masė visada vienareikšmiškai nusako molekulės struktūrą?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Molekulės, kurių atomai sujungti skirtingai arba išsidėstę erdvėje skirtingai, gali turėti tą pačią molekulinę formulę.
Ką verta įsidėmėti
- Masės procentinė dalis ir atomų skaičiaus santykis yra skirtingi dydžiai.
- Prieš lygindami santykius, kiekvieno elemento masę perskaičiuokite į jo atomų medžiagos kiekį.
- Trupmeniniams santykiams naudokite bendrą daugiklį.
- Molekulinei formulei nustatyti reikia molekulinio daugiklio, tačiau net ir ją nustačius gali likti struktūros neapibrėžtis.
Šaltiniai
Mokomoji medžiaga ir žinynai, kuriais remiasi pamokos paaiškinimai ir pavyzdžiai.