Μοριακός τύπος vs Εμπειρικός τύπος

Βασικές έννοιες

Σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθετε τι είναι οι εμπειρικοί και οι μοριακοί τύποι και οι διαφορές του μοριακού τύπου έναντι του εμπειρικού τύπου. Θα μάθετε επίσης πώς να μετατρέπετε μεταξύ του μοριακού και του εμπειρικού τύπου. Τέλος, θα μάθετε πώς να χρησιμοποιείτε έναν εμπειρικό τύπο για να βρείτε έναν μοριακό τύπο με δεδομένα.

Θέματα που καλύπτονται σε άλλα άρθρα

• Μόρια / Ενώσεις
• Χημικός δεσμός
• Δομικά Ισομερή
• Ποσοστό σύνθεσης
• Πώς να υπολογίσετε την ποσοστιαία απόδοση

Λεξιλόγιο

μόριο :Ένωση που σχηματίζεται μέσω της σύνδεσης 2 ή περισσότερων ατόμων

n-value: ένας ακέραιος που πολλαπλασιάζεται με τον εμπειρικό τύπο για να ληφθεί ο μοριακός τύπος

Μοριακός τύπος

Ένας μοριακός τύπος αντιπροσωπεύει τον αριθμό κάθε ατόμου που υπάρχει σε ένα δεδομένο μόριο. Ουσιαστικά, είναι μια λίστα με τα στοιχεία που βρίσκονται σε ένα μόριο και πόσα υπάρχουν από το καθένα.

Ο μοριακός τύπος μπορεί να δώσει χρήσιμες πληροφορίες για τις ιδιότητες ενός μορίου. Είναι ο πιο συνηθισμένος τρόπος για να περιγράψουμε απλά μόρια δίπλα από το όνομά τους.

Οι μοριακοί τύποι δεν δείχνουν πάντα την πλήρη ιστορία - επειδή απαριθμούν μόνο την ταυτότητα και τον αριθμό των στοιχείων σε ένα μόριο, η δομή μπορεί μερικές φορές να είναι διφορούμενη. Ορισμένες ενώσεις έχουν τον ίδιο μοριακό τύπο (που σημαίνει ότι έχουν τα ίδια άτομα στις ίδιες ποσότητες) αλλά είναι διατεταγμένες διαφορετικά. Οι ενώσεις με τον ίδιο τύπο αλλά διαφορετικά σχήματα ή συνδεσιμότητα μεταξύ των ατόμων ονομάζονται ισομερή.

Παράδειγμα:

C₆ H₁₂ O₆ → Ο μοριακός τύπος που χρησιμοποιείται για την περιγραφή της φρουκτόζης, της γλυκόζης και της γαλακτόζης.

N₂ O₄ → Ο μοριακός τύπος που χρησιμοποιείται για την περιγραφή του τετροξειδίου του αζώτου.

C₅ H₃ N₃ → Ο μοριακός τύπος που χρησιμοποιείται για την περιγραφή της κυανοπυραζίνης.

Εμπειρικός τύπος

Ο εμπειρικός τύπος αντιπροσωπεύει τον συγγενή ποσότητα των στοιχείων σε ένα μόριο. Αυτό μερικές φορές είναι διαφορετικό από τον μοριακό τύπο, ο οποίος δίνει την ακριβή ποσά. Οι εμπειρικοί τύποι είναι χρήσιμοι επειδή η γνώση της σχετικής ποσότητας κάθε στοιχείου σε ένα μόριο μπορεί να είναι εξαιρετικά χρήσιμη για τον προσδιορισμό του μοριακού τύπου.

Προκειμένου να προσδιοριστεί ο πραγματικός αριθμός κάθε ατόμου σε ένα μόριο, είναι σημαντικό να ληφθεί μια n-τιμή . Η n-τιμή είναι ένας ακέραιος αριθμός με τον οποίο πολλαπλασιάζεται ο εμπειρικός τύπος για να ληφθεί ο μοριακός τύπος. Ο μοριακός τύπος και ο εμπειρικός τύπος μπορεί μερικές φορές να είναι οι ίδιοι, αρκεί η αναλογία των ατόμων στον μοριακό τύπο να είναι στην απλούστερη. Με άλλα λόγια, εάν η τιμή n είναι 1.

Παράδειγμα:

CH₂ O → Ο εμπειρικός τύπος της φρουκτόζης, της γλυκόζης και της γαλακτόζης μόλις μειωθεί.

ΟΧΙ₂ → Ο εμπειρικός τύπος του τετροξειδίου του αζώτου μόλις μειωθεί.

C₅ H₃ N₃ → Ο εμπειρικός τύπος και ο μοριακός τύπος για την κυανοπυραζίνη είναι οι ίδιοι, καθώς η αναλογία των ατόμων δεν μπορεί να απλοποιηθεί.

Ποια είναι η διαφορά;

Θυμηθείτε ότι ο μοριακός τύπος είναι μια λίστα - αντιπροσωπεύει κάθε άτομο που βρίσκεται σε ένα μόριο. Οι μοριακοί τύποι χρησιμοποιούνται για την επικοινωνία σχετικά με τα μόρια σε πολλές ρυθμίσεις και μερικές φορές μπορούν να δώσουν πληροφορίες για τα χαρακτηριστικά της ένωσης.

Ο εμπειρικός τύπος δεν ισχύει απαραίτητα πείτε μας πόσα άτομα υπάρχουν από κάθε στοιχείο σε ένα μόριο. Δείχνει μόνο τις αναλογίες μεταξύ τους. Ο εμπειρικός τύπος χρησιμοποιείται κυρίως σε πειραματικά περιβάλλοντα, όπου λειτουργεί ως σκαλοπάτι προς τον μοριακό τύπο.

Σε σπάνιες περιπτώσεις, ο εμπειρικός τύπος μπορεί να είναι χρήσιμος από μόνος του. Για παράδειγμα, ορισμένοι οργανικοί χημικοί χρησιμοποιούν την αναλογία άνθρακα προς οξυγόνο από έναν εμπειρικό τύπο για να εκτιμήσουν γρήγορα πόσο αντιδραστικό είναι ένα χημικό. Γενικά όμως, οι εμπειρικοί τύποι δεν είναι χρήσιμοι για την κατανόηση των ιδιοτήτων των μορίων. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι εμπειρικοί τύποι δεν θα είναι καν δυνατό να αντιμετωπιστούν ως μοριακές φόρμουλες. Για παράδειγμα, το βενζόλιο (C₆ H₆ ) έχει τον εμπειρικό τύπο CH. Το CH δεν είναι ένα μόριο που θα μπορούσε πραγματικά να υπάρχει – αυτό δείχνει ότι, ενώ ο εμπειρικός τύπος είναι ένα χρήσιμο εργαλείο για την εύρεση ορισμένων πληροφοριών, δεν θα πρέπει να χρησιμοποιείται για την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τη συμπεριφορά των ενώσεων που αντιπροσωπεύει.

Παράδειγμα

Πάρτε τον τύπο CH₂ O.

Αρχικά, θεωρήστε το ως μοριακό τύπο. Υπάρχει μόνο ένας τρόπος να δημιουργηθεί ένα μόριο με αυτόν τον τύπο. Αυτή η χημική ουσία ονομάζεται φορμαλδεΰδη – είναι πολύ τοξική αλλά επίσης πολύ χρήσιμη σε αντιδράσεις, ως ταριχευτικό μέσο και αλλού.

Τώρα εξετάστε το CH₂ Ο ως εμπειρικός τύπος. Ποιους μοριακούς τύπους θα μπορούσε να αντιπροσωπεύει; Η φορμαλδεΰδη, το οξικό οξύ (ξίδι), το γαλακτικό οξύ (ένα σημαντικό μέρος της κυτταρικής αναπνοής) και η γλυκόζη μοιράζονται τον εμπειρικό τύπο CH₂ O.

Αυτά τα μόρια είναι όλα εξαιρετικά διαφορετικά, από ένα απλό σάκχαρο έως ένα επικίνδυνο καρκινογόνο. Ενώ όλα έχουν τον ίδιο εμπειρικό τύπο, οι μοριακές τους φόρμουλες και τα χαρακτηριστικά τους διαφέρουν πολύ.

Πώς να μετατρέψετε έναν μοριακό τύπο στον εμπειρικό του τύπο:

1. Ας ξεκινήσουμε με μια ένωση, για παράδειγμα οξικό αιθυλεστέρα:C₄ H₈ O₂
2. Βρείτε τον μεγαλύτερο κοινό παράγοντα (GCF) μεταξύ του αριθμού κάθε ατόμου. Σε αυτήν την περίπτωση, το GCF μεταξύ 2, 4 και 8 είναι 2, που σημαίνει ότι το 2 είναι η τιμή n.
3. Διαιρέστε τον αριθμό κάθε ατόμου με τον μεγαλύτερο κοινό παράγοντα (ΑΚΑ την n-τιμή). Σε αυτήν την περίπτωση C=4/2=2 , H=8/2=4, O=2/2=1.
4. Αντικαταστήστε τις προηγούμενες τιμές κάθε ατόμου με τις πρόσφατα υπολογισμένες. Αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα τον εμπειρικό τύπο του C₂ H₄ Ο.

Πώς να βρείτε έναν μοριακό τύπο χρησιμοποιώντας τον εμπειρικό του τύπο

Ενώ η εύρεση του εμπειρικού τύπου από τον μοριακό τύπο μπορεί να είναι λίγο δύσκολη, το να κάνουμε το αντίθετο είναι εξαιρετικά εύκολο. Απλώς πολλαπλασιάζετε τον δείκτη κάθε στοιχείου στον εμπειρικό τύπο με την τιμή n. Ακολουθεί ένα παράδειγμα ερώτησης:

«Ποιος μοριακός τύπος αντιστοιχεί στον εμπειρικό τύπο C₃ H₄ N₂ και n-τιμή 3;»

Για να το λύσουμε, πολλαπλασιάζουμε τον δείκτη κάθε ατόμου με την τιμή n:

Μπορεί να φαίνεται περίεργο το γεγονός ότι καθορίζεται η τιμή n. Ο λόγος που χρειαζόμαστε την τιμή n για να βρούμε την απάντηση είναι ότι υπάρχει, θεωρητικά, ένας άπειρος αριθμός μοριακών τύπων που μοιράζονται τον εμπειρικό τύπο C₃ H₄ N₂ , ένα για κάθε τιμή του n. Επομένως, πρέπει να γνωρίζουμε εκ των προτέρων "πού πάμε".

Εύρεση μοριακών τύπων από δεδομένα

Γενικά, η διαδικασία εύρεσης μοριακών τύπων από πειραματικά δεδομένα θα είναι η εξής:

1. Γράψτε τα mole κάθε στοιχείου στο δείγμα. Αυτά μπορούν να βρεθούν από πειραματικά δεδομένα, όπως προϊόντα αντίδρασης, ποσοστιαία σύνθεση ή κάτι άλλο.
2. Βρείτε το στοιχείο με τους λιγότερους κρεατοελιές. Διαιρέστε τα mole κάθε στοιχείου με αυτή την ποσότητα. Αυτό θα δώσει την αναλογία κάθε στοιχείου προς αυτό με τους λιγότερους κρεατοελιές. Αυτοί οι λόγοι μπορεί να μην είναι ακέραιοι αριθμοί, π.χ. 1.33, 2.5 κ.λπ.
3. Εάν τα σχετικά ποσά είναι όλα ακέραιοι αριθμοί, παραλείψτε αυτό το βήμα. Διαφορετικά, επιλέξτε έναν αριθμό για να πολλαπλασιάσετε κάθε σχετική ποσότητα κάθε στοιχείου επί, ώστε να γίνουν ακέραιοι αριθμοί. Για παράδειγμα, C =1,67, H =2,33, O =1 θα μετατραπεί σε C =5, H =8, O =3 πολλαπλασιάζοντας με το 3.
4. Γράψτε έναν τύπο με δείκτες ίσους με τους αριθμούς που λήφθηκαν στο τελευταίο βήμα. Το παραπάνω παράδειγμα θα γραφόταν C₅ H₈ O₃ . Τελείωσες! Αυτός είναι ο εμπειρικός τύπος.

Πρόβλημα εξάσκησης – Ένα εμπειρικό πείραμα τύπου

Παρακάτω είναι ένα παράδειγμα για το πώς μπορεί κανείς να βρει τον μοριακό τύπο με πειραματικά δεδομένα χρησιμοποιώντας τον εμπειρικό τύπο.

Ρύθμιση

Μια χημικός λαμβάνει ένα κάνιστρο μιας άγνωστης χημικής ουσίας και πρέπει να βρει τον μοριακό τύπο της. Γνωρίζει ήδη ότι η χημική ουσία περιέχει μόνο άνθρακα και υδρογόνο.

Ο ερευνητής παίρνει ένα δείγμα 50,0 γραμμαρίων της άγνωστης ένωσης και το καίει σε μια αντίδραση καύσης με περίσσεια αερίου οξυγόνου, δημιουργώντας CO₂ και H₂ Ο. Μετά τη συλλογή των προϊόντων, διαπιστώνει ότι η αντίδραση παρήγαγε 156,8 g CO₂ και 64,2 g H₂ O.

Εύρεση του εμπειρικού τύπου

Ο χημικός βρίσκει πρώτα τους κρεατοελιές κάθε προϊόντος:

Επειδή όλος ο άνθρακας στο CO₂ προήλθε από το αρχικό μόριο, όπως και όλο το υδρογόνο στο νερό, ο χημικός βρίσκει περαιτέρω:

Υπάρχει ένα σχετικό mole άνθρακα και δύο σχετικά mole υδρογόνου. Αυτό σημαίνει ότι το εμπειρικό ο τύπος του αρχικού μορίου είναι CH₂ .

Εύρεση του μοριακού τύπου

Μετά από μερικές ακόμη δοκιμές, ο χημικός καταλήγει στο συμπέρασμα ότι το μοριακό βάρος της άγνωστης χημικής ουσίας είναι 42,09 γραμμάρια ανά mole. Βρίσκει το εμπειρικό βάρος (δηλαδή το βάρος του εμπειρικού τύπου της ένωσης, CH₂ ) να είναι 14,03 γραμμάρια ανά mole. Εξ ορισμού, η n-τιμή φορές ο εμπειρικός τύπος ισούται με τον μοριακό τύπο. Χρησιμοποιεί αυτή τη σχέση για να βρει τα εξής:

Με n-τιμή 3, ο χημικός «πολλαπλασιάζει» τον εμπειρικό τύπο επί 3 για να βρει τον μοριακό τύπο:

Ο χημικός λοιπόν καταλήγει στο συμπέρασμα ότι ο μοριακός τύπος της άγνωστης ένωσης είναι C₃ H₆ .

Εάν ακολουθήσετε τα βήματα σε αυτό το σεμινάριο, οποιοδήποτε πρόβλημα εμπειρικού τύπου θα πρέπει να είναι παιχνιδάκι. Να θυμάστε ότι πολλές ενώσεις θα μοιράζονται τον ίδιο εμπειρικό τύπο και η εύρεση των διαφορών με βάση τη μάζα, τις φυσικές ιδιότητες, την αντιδραστικότητα και άλλα χαρακτηριστικά είναι το κλειδί για την ανακάλυψη του μοριακού τύπου.