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Wie man empirische Formelprobleme macht # 2

Im vorherigen Abschnitt haben wir die Beziehung zwischen der Masse einer Substanz und der Anzahl der Atome oder Moleküle, die sie enthält, diskutiert. Aufgrund der chemischen Formel der Substanz konnten wir die Menge der Substanzmole aus ihrer Masse bestimmen und umgekehrt.

Was aber, wenn die chemische Formel eines Stoffes unbekannt ist? In diesem Abschnitt werden wir untersuchen, wie genau diese Prinzipien angewendet werden können, um die chemischen Formeln unbekannter Substanzen aus experimentellen Massenmessungen abzuleiten. Die Elementzusammensetzung einer Verbindung definiert ihre chemische Identität, und chemische Formeln sind die prägnanteste Art, diese Elementzusammensetzung darzustellen.

Betrachten Sie beispielsweise eine gasförmige Verbindung, die ausschließlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff besteht. Die prozentuale Zusammensetzung dieser Verbindung könnte wie folgt dargestellt werden: Wenn Analyse einer 10.

Analyse eines 12. Wie hoch ist die prozentuale Zusammensetzung dieser Verbindung? Um die prozentuale Zusammensetzung zu berechnen, dividieren wir die experimentell abgeleitete Masse jedes Elements durch die Gesamtmasse der Verbindung und rechnen sie dann in einen Prozentsatz um: Die Analyseergebnisse zeigen, dass die Verbindung 61 beträgt. Die prozentuale Zusammensetzung ist auch nützlich, um die relative Häufigkeit eines gegebenen Elements in verschiedenen Verbindungen bekannter Formeln zu bewerten.

Das Element Stickstoff ist der Wirkstoff für landwirtschaftliche Zwecke, daher ist der Massenanteil an Stickstoff in der Verbindung ein praktisches und wirtschaftliches Problem für Verbraucher, die unter diesen Düngemitteln wählen. Für diese Art von Anwendungen lässt sich die prozentuale Zusammensetzung einer Verbindung leicht aus ihrer Formelmasse und den Atommassen ihrer Bestandteile ableiten. Ein Molekül NH 3 enthält ein N-Atom mit einem Gewicht von 14.

Der gleiche Ansatz kann unter Berücksichtigung eines Molekülpaars, eines Dutzend Moleküle oder eines Mols von Molekülen usw. gewählt werden. Die letztere Menge ist am bequemsten und würde einfach die Verwendung von Molmassen anstelle von Atom- und Formelmassen beinhalten, wie in der Beispiel Problem unten.

Solange wir die chemische Formel des betreffenden Stoffes kennen, können wir leicht die prozentuale Zusammensetzung aus der Formelmasse oder der Molmasse ableiten. Aspirin ist eine Verbindung mit der Summenformel C 9 H 8 O 4. Wie hoch ist ihre prozentuale Zusammensetzung? Es ist zweckmäßig, 1 Mol C 9 H 8 O 4 zu betrachten und seine Molmasse 180 zu verwenden. Wie hoch ist der Massenprozentsatz von Eisen in der Verbindung Fe 2 O 3 auf drei signifikante Stellen? Wir müssen jedoch berücksichtigen, dass chemische Formeln die relative Anzahl und nicht die Masse der Atome in der Substanz darstellen.

Daher müssen alle experimentell abgeleiteten Daten, die die Masse betreffen, verwendet werden, um die entsprechende Anzahl von Atomen in der Verbindung abzuleiten. Um dies zu erreichen, können wir Molmassen verwenden, um die Masse jedes Elements in eine Anzahl von Molen umzuwandeln. Wir betrachten dann die Mol jedes Elements relativ zueinander und wandeln diese Zahlen in ein Ganzzahlverhältnis um, das verwendet werden kann, um die empirische Formel der Substanz abzuleiten. Betrachten Sie eine Probe einer Verbindung, die 1 enthält.

Die entsprechende Anzahl von Atomen in Mol ist: Somit können wir diese Verbindung mit der Formel C 0 genau darstellen. Natürlich enthalten Formeln gemäß der akzeptierten Konvention ganzzahlige Indizes, was erreicht werden kann, indem jeder Index durch den kleineren Index dividiert wird:

Die empirische Formel für diese Verbindung lautet somit CH 2. Betrachten Sie als weiteres Beispiel eine Probe einer Verbindung, die 5 enthält. Nach dem gleichen Ansatz ergibt sich eine vorläufige empirische Formel von: In diesem Fall ergibt die Division durch den kleinsten Index immer noch einen dezimalen Index in der empirischen Formel.

Um dies in eine ganze Zahl umzuwandeln, müssen wir jeden der Indizes mit zwei multiplizieren, wobei wir das gleiche Atomverhältnis beibehalten und Cl 2 O 7 als endgültige empirische Formel erhalten. Zusammenfassend werden empirische Formeln aus experimentell gemessenen Elementmassen abgeleitet durch: Figure 1. Die empirische Formel einer Verbindung kann aus den Massen aller Elemente in der Probe abgeleitet werden. Eine Probe des schwarzen Minerals Hämatit Abbildung 2, ein Eisenoxid, das in vielen Eisenerzen vorkommt, enthält 34.

Was ist die empirische Formel von Hämatit? Abbildung 2. Hämatit ist ein Eisenoxid, das in Schmuck verwendet wird. Mauro Cateb. Für dieses Problem erhalten wir die Masse jedes Elements in Gramm. Beginnen Sie, indem Sie die Maulwürfe von jedem finden:. Als nächstes leiten Sie das Eisen-Sauerstoff-Molverhältnis ab, indem Sie durch die geringere Anzahl von Mol dividieren: Das Verhältnis ist 1. Multiplizieren Sie schließlich das Verhältnis mit zwei, um die kleinstmögliche ganze Indexzahl zu erhalten, während Sie das korrekte Eisen-Sauerstoff-Verhältnis beibehalten:.

Wie lautet die empirische Formel einer Verbindung, wenn eine Probe 0 enthält? Weitere Beispiele zur Ableitung empirischer Formeln finden Sie im folgenden kurzen Videoclip. In solchen Fällen kann die prozentuale Zusammensetzung verwendet werden, um die Massen von Elementen zu berechnen, die in jeder geeigneten Masse der Verbindung vorhanden sind; Diese Massen können dann verwendet werden, um die empirische Formel auf die übliche Weise abzuleiten. Die bakterielle Fermentation von Getreide zur Herstellung von Ethanol bildet ein Gas mit einer prozentualen Zusammensetzung von 27.

Wie lautet die empirische Formel für dieses Gas? Abbildung 3. Durch die großen Kupferrohre oben wird ein Kohlenstoffoxid aus diesen Gärtanks entfernt. Da die Skala für Prozentsätze 100 beträgt, ist es am bequemsten, die Masse der in einer Probe mit einem Gewicht von 100 g vorhandenen Elemente zu berechnen. Die Koeffizienten für die vorläufige empirische Formel werden abgeleitet, indem jede molare Menge durch die kleinere der beiden dividiert wird:

Da das resultierende Verhältnis ein Kohlenstoff zu zwei Sauerstoffatomen ist, lautet die empirische Formel CO 2. Die Bestimmung der absoluten Anzahl von Atomen, aus denen ein einzelnes Molekül einer kovalenten Verbindung besteht, erfordert die Kenntnis sowohl ihrer empirischen Formel als auch ihrer Molekülmasse oder Molmasse.

Diese Größen können experimentell durch verschiedene Messtechniken bestimmt werden. Beispielsweise wird die Molekülmasse häufig aus dem Massenspektrum der Verbindung abgeleitet, siehe Diskussion dieser Technik im vorherigen Kapitel über Atome und Moleküle. Die Molmasse kann mit einer Reihe von experimentellen Methoden gemessen werden, von denen viele in späteren Kapiteln dieses Textes vorgestellt werden.

Wie der Name schon sagt, ist eine empirische Formelmasse die Summe der durchschnittlichen Atommassen aller in einer empirischen Formel dargestellten Atome.

Wenn wir die Molekül- oder Molmasse der Substanz kennen, können wir diese durch die empirische Formelmasse dividieren, um die Anzahl der empirischen Formeleinheiten pro Molekül zu identifizieren, die wir als n: bezeichnen. Die Summenformel wird dann erhalten, indem jeder Index in der empirischen Formel mit n multipliziert wird, wie nachstehend für die generische empirische Formel A x B y: gezeigt. Betrachten Sie zum Beispiel eine kovalente Verbindung, deren empirische Formel als CH 2 O bestimmt wird.

Die empirische Formelmasse für diese Verbindung beträgt ungefähr 30 amu, die Summe von 12 amu für ein C-Atom, 2 amu für zwei H-Atome und 16 amu für ein O-Atom. Moleküle dieser Verbindung werden dann durch Molekülformeln dargestellt, deren Indizes sechsmal größer sind als die in der empirischen Formel: In diesem Fall betrachten wir lediglich ein Mol empirischer Formeleinheiten und Moleküle im Gegensatz zu einzelnen Einheiten und Molekülen.

Nikotin, ein Alkaloid aus der Familie der Nachtschattenpflanzen, das hauptsächlich für die Suchtgefahr von Zigaretten verantwortlich ist, enthält 74.

Wenn 40. Unter der Annahme, dass es zweckmäßig ist, ergibt eine 100-g-Nikotinprobe die folgenden molaren Mengen ihrer Elemente: Die empirische Formel Masse für diese Verbindung ist daher 81. Wir berechnen die Molmasse für Nikotin aus der angegebenen Masse und Molmenge der Verbindung: Ein Vergleich der Molmasse und der empirischen Formelmasse zeigt, dass jedes Nikotinmolekül zwei Formeleinheiten enthält:

Somit können wir die Summenformel für Nikotin aus der empirischen Formel ableiten, indem wir jeden Index mit zwei multiplizieren: Wie lautet die Summenformel einer Verbindung mit einer prozentualen Zusammensetzung von 49. Die chemische Identität einer Substanz wird durch die Art und die relative Anzahl der Atome definiert, aus denen sich die Moleküle ihrer grundlegenden Einheiten bei kovalenten Verbindungen und die Ionen bei ionischen Verbindungen zusammensetzen . Die Masse eines Elements in einer 100.

Die relative Molzahl von C- und S-Atomen in der Verbindung kann erhalten werden, indem Gramm wie gezeigt in Mol umgewandelt werden. Schritt 2: Um die empirische Formel zu bestimmen, muss eine Beziehung zwischen der prozentualen Zusammensetzung und der Atomzusammensetzung hergestellt werden.

Die prozentuale Zusammensetzung jedes Elements in einer Verbindung kann entweder durch Teilen seiner Masse durch die Gesamtmasse der Verbindung oder durch Teilen der Molmasse dieses Elements, wie sie in der Formel Atommasse erscheint, multipliziert mit der Häufigkeit, mit der das Element in der Verbindung erscheint, ermittelt werden Formel durch die Formelmasse der Verbindung. Aus dieser letzteren Perspektive kann die prozentuale Zusammensetzung eines Elements in eine Masse umgewandelt werden, indem angenommen wird, dass wir mit einer 100-g-Probe beginnen.

Wenn Sie dann den Prozentsatz mit 100 g multiplizieren, erhalten Sie die Masse in Gramm dieser Komponente. Die Division jeder Masse durch ihre jeweilige Atommasse ergibt das relative Verhältnis der Atome in der Formel. Aus den so erhaltenen Zahlen kann das Ganzzahlverhältnis der Elemente in der Verbindung ermittelt werden, indem jedes Verhältnis durch die Zahl dividiert wird, die das kleinste Verhältnis darstellt. Im Allgemeinen kann dieser Prozess in zwei einfachen Schritten durchgeführt werden. Ein dritter Schritt ist erforderlich, wenn die Verhältnisse keine ganzen Zahlen sind.

Angenommen, 100. Teilen Sie jede Masse durch die Molmasse, um die Anzahl der Mol zu ermitteln. Zum Hauptinhalt springen. Zusammensetzung von Substanzen und Lösungen. Suche nach: Berechnen Sie die prozentuale Zusammensetzung einer Verbindung. Bestimmen Sie die Summenformel einer Verbindung. Bestimmen Sie die Summenformel einer Verbindung. Beispiel 1 Berechnung der prozentualen Zusammensetzung Analyse einer 12. Lösung Um die prozentuale Zusammensetzung zu berechnen, dividieren wir die experimentell abgeleitete Masse jedes Elements durch die Gesamtmasse der Verbindung und rechnen sie dann in einen Prozentsatz um: Beispiel 4 Bestimmen einer empirischen Formel aus der prozentualen Zusammensetzung Die bakterielle Fermentation von Getreide zur Herstellung von Ethanol bildet ein Gas mit einer prozentualen Zusammensetzung von 27.

Beispiel 5 Bestimmung der Molekülformel für Nikotin Nikotin, ein Alkaloid in der Nachtschattengewächse der Pflanzen, das hauptsächlich für die Suchtwirkung von Zigaretten verantwortlich ist, enthält 74.

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