Эмпирическая формула

Простейшее целое числовое отношение атомов, присутствующих в соединении

В химии эмпирическая формула химического соединения — это простейшее целое числовое отношение атомов , присутствующих в соединении. ^[1] Простым примером этой концепции является то, что эмпирическая формула оксида серы , или SO, будет просто SO, как и эмпирическая формула диоксида серы , S ₂ O ₂ . Таким образом, оксид серы и диоксид дисеры, оба соединения серы и кислорода , имеют одну и ту же эмпирическую формулу. Однако их молекулярные формулы , которые выражают число атомов в каждой молекуле химического соединения, не одинаковы.

Эмпирическая формула не упоминает расположение или число атомов. Она является стандартной для многих ионных соединений , таких как хлорид кальция (CaCl ₂ ), и для макромолекул , таких как диоксид кремния (SiO ₂ ).

Молекулярная формула , с другой стороны, показывает количество каждого типа атомов в молекуле. ^[2] Структурная формула показывает расположение молекулы. Также возможно, что различные типы соединений имеют одинаковые эмпирические формулы.

На заре химии информация о составе соединений поступала из элементного анализа , который давал информацию об относительном количестве элементов, присутствующих в соединении, которое можно было записать в виде процентов или мольных соотношений. Однако химики не могли определить точное количество этих элементов и могли только знать их соотношения, отсюда и название «эмпирическая формула». Поскольку ионные соединения представляют собой расширенные сети анионов и катионов, все формулы ионных соединений являются эмпирическими. ^[3]

Примеры

• Глюкоза ( C6H12O6 ₎ , рибоза ( C5H10O5 _{) , уксусная} кислота ( C2H4O2 ₎ и формальдегид ( CH2O ) _{имеют разные молекулярные формулы, но} одну и ту же эмпирическую формулу: _CH2O . Это фактическая молекулярная формула формальдегида , но уксусная кислота имеет в _два раза больше атомов , рибоза — в пять раз больше атомов, а глюкоза — в шесть раз больше _{атомов .}

Пример расчета

Химический анализ образца метилацетата дает следующие элементные данные: 48,64% углерода (C), 8,16% водорода (H) и 43,20% кислорода (O). Для целей определения эмпирических формул предполагается, что у нас есть 100 граммов соединения. Если это так, проценты будут равны массе каждого элемента в граммах.

Шаг 1: Измените каждый процент на выражение массы каждого элемента в граммах. То есть, 48,64% C становится 48,64 г C, 8,16% H становится 8,16 г H, а 43,20% O становится 43,20 г O.

Шаг 2: Переведите количество каждого элемента в граммах в его количество в молях.

${\displaystyle \left({\frac {48.64{\mbox{ g C}}}{1}}\right)\left({\frac {1{\mbox{ mol }}}{12.01{\mbox{ g C}}}}\right)=4.049\ {\text{mol}}}$

${\displaystyle \left({\frac {8.16{\mbox{ g H}}}{1}}\right)\left({\frac {1{\mbox{ mol }}}{1.007{\mbox{ g H}}}}\right)=8.095\ {\text{mol}}}$

${\displaystyle \left({\frac {43.20{\mbox{ g O}}}{1}}\right)\left({\frac {1{\mbox{ mol }}}{16.00{\mbox{ g O}}}}\right)=2.7\ {\text{mol}}}$

Шаг 3: Разделите каждое из полученных значений на наименьшее из этих значений (2,7)

${\displaystyle {\frac {4.049{\mbox{ mol }}}{2.7{\mbox{ mol }}}}=1.5}$

${\displaystyle {\frac {8.095{\mbox{ mol }}}{2.7{\mbox{ mol }}}}=3}$

${\displaystyle {\frac {2.7{\mbox{ mol }}}{2.7{\mbox{ mol }}}}=1}$

Шаг 4: При необходимости умножьте эти числа на целые числа, чтобы получить целые числа; если операция выполняется над одним из чисел, ее необходимо выполнить над всеми числами.

${\displaystyle 1.5\times 2=3}$

${\displaystyle 3\times 2=6}$

${\displaystyle 1\times 2=2}$

Таким образом, эмпирическая формула метилацетата — C ₃ H ₆ O _2. Эта формула также является молекулярной формулой метилацетата.

Ссылки

1. IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2nd ed. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) «Эмпирическая формула». doi :10.1351/goldbook.E02063
2. МОНИТОР., ВЕСЬ НЕБО, URL., OCLC  796720402 , получено 2022-12-31
3. "10.12: Определение эмпирических формул". Chemistry LibreTexts . 2016-06-27 . Получено 2023-08-14 .