Determinare la formula empirica

Determinare la formula chimica di un composto è un aspetto fondamentale del lavoro di un chimico.

In una formula chimica, i simboli degli elementi e i pedici numerici descrivono i tipi e il numero di atomi presenti in una molecola. La formula empirica è un tipo semplice di formula chimica, che fornisce il più piccolo rapporto di numeri interi tra gli elementi all’interno di un composto molecolare. A causa della legge di conservazione della massa, la formula empirica è spesso trovata usando la composizione elementare o la percentuale di massa.

Questo video introdurrà la formula empirica e dimostrerà come può essere calcolata usando un semplice esperimento in laboratorio.

La formula empirica è il tipo più semplice di formula chimica, poiché mostra il numero relativo di atomi di ogni elemento in un dato composto. Per esempio, nel perossido di idrogeno, c’è una parte di massa di idrogeno per ogni 16 parti di massa di ossigeno. Quindi per ogni atomo di idrogeno, c’è un atomo di ossigeno, e la formula empirica è H-O. Molte molecole diverse possono avere la stessa formula empirica.

La formula molecolare è legata alla formula empirica, e rappresenta il numero effettivo di atomi di ogni tipo in un composto. Per esempio, la formula molecolare del perossido di idrogeno è H2O2, poiché ogni molecola ha due atomi di idrogeno e due di ossigeno. Una formula strutturale mostra il numero di ogni tipo di atomo e i legami tra loro. Le linee singole rappresentano un legame chimico. Per esempio, per il perossido di idrogeno la formula strutturale appare così: H-O-O-H.

Le formule con un punto tra il composto e l’acqua descrivono gli idrati. Gli idrati sono composti chimici che hanno molecole d’acqua attaccate, ma non covalentemente legate. Gli idrati perdono facilmente le loro molecole d’acqua con il riscaldamento e diventano “anidri”, o “senza acqua”. Gli idrati e i composti anidri hanno proprietà fisiche uniche, poiché le molecole si organizzano in modo diverso.

Ora che i principi di base della formula empirica sono stati spiegati, confermiamo la formula empirica di un cloruro di rame idrato in laboratorio.

Per iniziare la procedura, asciuga il crogiolo sopra i 120 °C per scacciare l’umidità adsorbita, e determina accuratamente il suo peso.

Pesa un campione di cloruro di rame idrato e mettilo nel crogiolo.

In seguito, riscalda il campione nel crogiolo usando una fonte di calore, come un becco Bunsen. Metti il coperchio sul crogiolo per evitare schizzi, ma tienilo leggermente aperto per permettere al vapore acqueo di fuoriuscire.

Calda il campione fino a quando non è cambiato da un colore blu-verde a un colore rosso-marrone. Questo cambiamento di colore è indicativo della forma anidra del cloruro di rame. Mescolare per assicurarsi che l’acqua sia stata scacciata dal campione, e che il colore sia uniforme in tutto il campione.

In seguito, raffreddare il campione in un essiccatore, per evitare la reidratazione.

Misurare accuratamente la massa del campione anidro. La differenza corrisponde alle acque di idratazione che sono state perse con il riscaldamento.

Trasferire il campione essiccato in un becher da 250 mL, e scioglierlo in 150 mL di acqua deionizzata. La soluzione dovrebbe diventare di nuovo blu, poiché il cloruro di rame è reidratato.

Aggiungi un piccolo pezzo di filo di alluminio al becher. Il rame blu due più si ridurrà ad un rame rossastro zero sulla superficie del filo, mentre l’alluminio si ossiderà in alluminio incolore tre più. Il colore blu della soluzione scomparirà durante la reazione.

Dopo circa 30 minuti, usare altro alluminio per assicurarsi che tutto il rame si sia ridotto ad un rame metallico solido.

In seguito, aggiungere circa 10 mL di acido cloridrico 6 M per sciogliere il filo di alluminio.

Utilizzando un imbuto di Büchner e carta da filtro pre-pesata, filtrare sotto vuoto la soluzione incolore. Sciacquare il campione con etanolo assoluto o puro. Lascia asciugare il campione all’aria.

Infine, misura la massa del solido di rame.

Per determinare la formula empirica del cloruro di rame idrato, calcola prima la massa di ogni componente. La massa dell’acqua è determinata sottraendo il peso del cloruro di rame essiccato dal peso del cloruro di rame idrato. La massa del rame è stata trovata sperimentalmente. Infine, la massa del cloruro si trova sottraendo la massa del rame e dell’acqua dalla massa totale del campione.

Per determinare il più piccolo rapporto di numero intero di componenti nel composto, convertire la massa di ogni componente in moli usando la massa molare. Poi dividete ogni componente per il più piccolo numero di moli nel campione (rame in questo caso). Il più piccolo rapporto di numero intero produce la formula di CuCl2-2H2O.

La determinazione e la conoscenza della formula empirica di un composto è importante in molte aree della chimica e della ricerca.

La chimica forense è l’applicazione della chimica in un contesto legale. Per esempio, composti sconosciuti, come droghe e veleni, sono spesso trovati sulle scene del crimine. I chimici forensi usano una vasta gamma di metodi per identificare la sostanza sconosciuta.

Spesso, il passo successivo nell’identificazione di una sostanza sconosciuta è usare la formula empirica per determinare la formula molecolare. Uno spettrometro di massa è spesso usato per aiutare in questo passo, poiché lo spettrometro di massa separa i componenti in base al loro rapporto massa-carica. Così, la massa della molecola può essere usata per determinare la formula molecolare.

Hai appena visto l’introduzione di JoVE alla formula empirica. Ora dovresti capire cos’è la formula empirica di una sostanza, come differisce dalla formula molecolare, e come determinarla in laboratorio.

Grazie per aver guardato!