Эмпирическая формула

Эта статья об аналитической химии. Для наблюдения, а не теории, см. Эмпирические отношения .

В химии эмпирическая формула химического соединения — это простейшее целочисленное соотношение атомов, присутствующих в соединении. Простым примером этой концепции является то, что эмпирическая формула монооксида серы , или SO, будет просто SO, как и эмпирическая формула диоксида серы , S ₂ O ₂ . Таким образом, окись серы и диоксид серы, соединения серы и кислорода , имеют одну и ту же эмпирическую формулу. Однако их молекулярные формулы , выражающие количество атомов в каждой молекуле химического соединения, не одинаковы.

Эмпирическая формула не упоминает расположение или количество атомов. Он является стандартным 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 атомов каждого типа в молекуле. Структурная формула показывает расположение молекулы. Также возможно, что разные типы соединений имеют одинаковые эмпирические формулы.

На заре химии информация о составе соединений получалась с помощью элементного анализа , который дает информацию об относительных количествах элементов, присутствующих в соединении, которые можно записать в процентах или мольных соотношениях. Однако химики не могли определить точное количество этих элементов, а могли знать только их соотношения, отсюда и название «эмпирическая формула». Поскольку ионные соединения представляют собой протяженные сети анионов и катионов, все формулы ионных соединений являются эмпирическими.

Примеры

• Глюкоза ( C ₆ H ₁₂ O ₆ ), рибоза ( C ₅ H ₁₀ O ₅ ), Уксусная кислота ( C ₂ H ₄ O ₂ ) и формальдегид ( CH ₂ O ) имеют разные молекулярные формулы, но одну и ту же эмпирическую формулу: СН ₂ О. ​ Это настоящая молекулярная формула формальдегида, но в уксусной кислоте число атомов вдвое больше, в рибозе — в пять раз больше атомов, а в глюкозе — в шесть раз больше атомов.

Пример расчета

Химический анализ образца метилацетата дает следующие данные по элементам: 48,64% углерода (C), 8,16% водорода (H) и 43,20% кислорода (O). Для целей определения эмпирических формул предполагается, что имеется 100 грамм соединения. В этом случае проценты будут равны массе каждого элемента в граммах.

Шаг 1: Замените 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. Преобразуйте количество каждого элемента в граммах в его количество в молях.

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

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

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

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

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

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

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

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

$1.5\times 2=3$

$3\times 2=6$

$1\times 2=2$

Таким образом, брутто-формула метилацетата C ₃ H ₆ O ₂ . Эта формула также является молекулярной формулой метилацетата.