Jak wyznaczyć wzór empiryczny związku chemicznego?
Wzór empiryczny wyznacza się przez przeliczenie mas lub składu procentowego pierwiastków na mole, a następnie sprowadzenie otrzymanych wartości do najprostszego stosunku liczb całkowitych. Najważniejszy etap polega na podzieleniu liczby moli każdego pierwiastka przez najmniejszą obliczoną liczbę moli.
Czym jest wzór empiryczny?
Wzór empiryczny, nazywany także wzorem elementarnym, przedstawia najprostszy stosunek molowy atomów poszczególnych pierwiastków w związku chemicznym. Nie musi więc pokazywać rzeczywistej liczby atomów w jednej cząsteczce.
Wzór rzeczywisty, często utożsamiany ze wzorem sumarycznym, określa faktyczną liczbę atomów w cząsteczce. Jest identyczny ze wzorem empirycznym albo stanowi jego całkowitą wielokrotność. Na przykład dla glukozy wzór rzeczywisty to C6H12O6, natomiast wzór empiryczny otrzymujemy po skróceniu wszystkich indeksów przez 6: CH2O.
Jak wyznaczyć wzór empiryczny krok po kroku?
Gdy znasz skład procentowy związku, możesz przyjąć, że analizowana próbka ma masę 100 g. Wtedy liczba procentów każdego pierwiastka odpowiada jego masie wyrażonej w gramach. Całą procedurę można zapisać tak:
- Przyjmij masę próbki – najczęściej 100 g, jeśli podano skład procentowy.
- Oblicz liczbę moli każdego pierwiastka ze wzoru n = m/M, gdzie m oznacza masę pierwiastka w gramach, a M jego masę molową w g/mol.
- Podziel każdą liczbę moli przez najmniejszą z otrzymanych wartości. W ten sposób uzyskasz stosunek molowy.
- Usuń ułamki – jeśli wynik zawiera na przykład 1,5, pomnóż wszystkie liczby przez 2. Gdy pojawi się 1,33 lub 1,67, pomocne może być pomnożenie całego stosunku przez 3.
- Zapisz symbole pierwiastków z otrzymanymi indeksami. Tak powstaje wzór empiryczny.
Dzielimy przez najmniejszą liczbę moli, ponieważ szukamy stosunku względnego, a nie bezwzględnej liczby moli w próbce. Przykładowo wartości 0,25 : 0,50 : 0,75 po podzieleniu przez 0,25 dają stosunek 1 : 2 : 3.
Przykład obliczeniowy
Związek zawiera 80% węgla i 20% wodoru. Wyznaczmy jego wzór empiryczny. Przyjmujemy próbkę o masie 100 g, więc zawiera ona 80 g węgla i 20 g wodoru.
| Pierwiastek | % masowy | Masa (g) | Masa molowa (g/mol) | Liczba moli (mol) | Stosunek molowy |
|---|---|---|---|---|---|
| C | 80% | 80 | 12 | 80/12 = 6,67 | 1 |
| H | 20% | 20 | 1 | 20/1 = 20,00 | 3 |
Najmniejsza liczba moli wynosi 6,67. Dzielimy przez nią obie wartości:
n(C) : n(H) = 6,67 : 20,00 ≈ 1 : 3
Najprostszy stosunek atomów węgla do wodoru wynosi więc 1 : 3. Wzór empiryczny związku to CH3.
W obliczeniach należy unikać zbyt wczesnego zaokrąglania. Zaokrąglenie liczby moli do pełnych jednostek przed podzieleniem przez najmniejszą wartość może zmienić stosunek i doprowadzić do błędnego wzoru.
Co zrobić, gdy stosunek molowy zawiera ułamki?
Indeksy we wzorze chemicznym muszą być liczbami całkowitymi. Jeżeli po podzieleniu przez najmniejszą liczbę moli otrzymasz wartości ułamkowe, pomnóż cały stosunek przez taką liczbę, która usunie ułamki.
- Stosunek 1 : 1,5 należy pomnożyć przez 2, co daje 2 : 3.
- Stosunek 1 : 1,33 można przybliżyć do 1 : 4/3 i pomnożyć przez 3, otrzymując 3 : 4.
- Stosunek 1 : 1,25 wymaga zwykle pomnożenia przez 4, co daje 4 : 5.
- Po przemnożeniu trzeba sprawdzić, czy wszystkich indeksów nie można jeszcze skrócić przez wspólny dzielnik.
Przybliżenia stosuje się tylko wtedy, gdy wynik jest bliski prostej wartości ułamkowej. Nie należy zamieniać dowolnych, znacznie różniących się wartości na liczby całkowite bez uzasadnienia chemicznego lub rachunkowego.
Kiedy wzór empiryczny jest wzorem rzeczywistym?
Sam wzór empiryczny nie zawsze wystarcza do ustalenia rzeczywistej liczby atomów w cząsteczce. Potrzebna jest masa molowa związku. Najpierw oblicza się masę molową wzoru empirycznego, a następnie porównuje ją z masą molową podaną w zadaniu.
Jeżeli masa molowa związku wynosi na przykład trzy razy więcej niż masa molowa wzoru empirycznego, wszystkie indeksy wzoru empirycznego mnoży się przez 3. Dla glukozy wzór empiryczny CH2O ma masę molową 30 g/mol, a masa molowa glukozy wynosi około 180 g/mol. Stosunek wynosi 180 : 30 = 6, dlatego wzór rzeczywisty to C6H12O6.
Jeżeli masa molowa związku jest równa masie molowej wzoru empirycznego, oba wzory są identyczne. Bez znajomości masy molowej można ustalić stosunek atomów, ale nie zawsze da się rozstrzygnąć, czy jest to wzór rzeczywisty.
