Określanie wzoru empirycznego
Określanie wzoru chemicznego związku jest podstawowym aspektem pracy chemika.
W wzorze chemicznym symbole pierwiastków i indeksy liczbowe opisują typy i liczbę atomów obecnych w cząsteczce. Wzór empiryczny jest prostym typem wzoru chemicznego, który podaje najmniejszy stosunek liczb całkowitych między pierwiastkami w związku molekularnym. Ze względu na prawo zachowania masy, wzór empiryczny jest często znajdowany przy użyciu składu pierwiastka lub procentu masy.
W tym filmie przedstawimy wzór empiryczny i zademonstrujemy, jak można go obliczyć przy użyciu prostego eksperymentu w laboratorium.
Wzór empiryczny jest najprostszym typem wzoru chemicznego, ponieważ pokazuje względną liczbę atomów każdego pierwiastka w danym związku. Na przykład, w nadtlenku wodoru, jest jedna część masy wodoru na każde 16 części masy tlenu. Zatem na każdy atom wodoru przypada jeden atom tlenu, a wzór empiryczny to H-O. Wiele różnych cząsteczek może mieć taki sam wzór empiryczny.
Wzór cząsteczkowy jest związany ze wzorem empirycznym i przedstawia rzeczywistą liczbę atomów każdego typu w związku. Na przykład wzór molekularny nadtlenku wodoru to H2O2, ponieważ każda cząsteczka ma dwa atomy wodoru i dwa atomy tlenu. Wzór strukturalny pokazuje liczbę każdego typu atomu oraz wiązania między nimi. Pojedyncze linie reprezentują wiązania chemiczne. Na przykład, dla nadtlenku wodoru wzór strukturalny wygląda następująco: H-O-O-H.
Formuły z kropką między związkiem a wodą opisują hydraty. Hydraty są związkami chemicznymi, które mają dołączone cząsteczki wody, ale nie są związane kowalencyjnie. Hydraty łatwo tracą swoje cząsteczki wody podczas ogrzewania i stają się „bezwodne” lub „bez wody”. Hydraty i związki bezwodne mają unikalne właściwości fizyczne, ponieważ ich cząsteczki organizują się inaczej.
Ponieważ podstawowe zasady wzoru empirycznego zostały wyjaśnione, potwierdźmy wzór empiryczny hydratu chlorku miedzi w laboratorium.
Aby rozpocząć procedurę, wysusz tygiel w temperaturze powyżej 120 °C, aby pozbyć się zaadsorbowanej wilgoci i dokładnie określić jego masę.
Odważyć próbkę hydratu chlorku miedzi i umieścić ją w tyglu.
Następnie podgrzać próbkę w tyglu używając źródła ciepła, takiego jak palnik Bunsena. Umieść pokrywę na tyglu, aby zapobiec rozpryskiwaniu, ale trzymaj ją lekko otwartą, aby para wodna mogła się wydostać.
Podgrzewaj próbkę, aż zmieni kolor z niebiesko-zielonego na czerwono-brązowy. Ta zmiana koloru wskazuje na bezwodną postać chlorku miedzi. Wymieszać, aby upewnić się, że woda została usunięta z próbki, a kolor jest jednolity.
Następnie schłodzić próbkę w eksykatorze, aby zapobiec ponownemu uwodnieniu.
Dokładnie zmierzyć masę bezwodnej próbki. Różnica odpowiada wodzie hydratacyjnej, która została utracona podczas ogrzewania.
Przeniesienie wysuszonej próbki do zlewki o pojemności 250 mL i rozpuszczenie jej w 150 mL wody dejonizowanej. Roztwór powinien ponownie zabarwić się na niebiesko, ponieważ chlorek miedzi jest ponownie uwodniony.
Dodać do zlewki mały kawałek drutu aluminiowego. Niebieska miedź dwa plus zredukuje się do czerwonawej miedzi zero na powierzchni drutu, podczas gdy aluminium utleni się do bezbarwnego aluminium trzy plus. Niebieski kolor roztworu zniknie w trakcie reakcji.
Po około 30 minutach należy użyć dodatkowego aluminium, aby upewnić się, że cała miedź została zredukowana do stałego metalu miedzi.
Następnie dodać około 10 mL 6 M kwasu solnego, aby rozpuścić drut aluminiowy.
Przy użyciu lejka Büchnera i wstępnie zważonej bibuły filtracyjnej przefiltrować próżniowo bezbarwny roztwór. Spłukać próbkę bezwzględnym lub czystym etanolem. Pozostawić próbkę do wyschnięcia na powietrzu.
Na koniec zmierzyć masę ciała stałego miedzi.
Aby określić wzór empiryczny hydratu chlorku miedzi, najpierw obliczyć masę każdego składnika. Masę wody określa się przez odjęcie masy wysuszonego chlorku miedzi od masy hydratu chlorku miedzi. Masę miedzi ustalono doświadczalnie. Masę chlorku miedzi i wody odejmuje się od całkowitej masy próbki.
Aby wyznaczyć najmniejszy stosunek liczb całkowitych składników w związku, należy przeliczyć masę każdego składnika na mole, stosując masę molową. Następnie podziel każdy składnik przez najmniejszą liczbę moli w próbce (w tym przypadku miedź). Najmniejszy stosunek liczb całkowitych daje wzór CuCl2-2H2O.
Określenie i znajomość wzoru empirycznego związku jest ważne w wielu dziedzinach chemii i badań.
Chemia kryminalistyczna jest zastosowaniem chemii w środowisku prawnym. Na przykład, nieznane związki, takie jak narkotyki i trucizny, są często znajdowane na miejscach zbrodni. Chemicy kryminalistyczni stosują szeroki zakres metod w celu identyfikacji nieznanej substancji.
Często kolejnym krokiem w identyfikacji nieznanej substancji jest użycie wzoru empirycznego w celu określenia wzoru cząsteczkowego. Spektrometr masowy jest często używany do pomocy w tym kroku, ponieważ spektrometr masowy oddziela składniki według ich stosunku masy do ładunku. W ten sposób masa cząsteczki może być użyta do określenia wzoru molekularnego.
Obejrzałeś właśnie wprowadzenie JoVE do wzoru empirycznego. Powinieneś teraz rozumieć, czym jest wzór empiryczny substancji, czym różni się od wzoru cząsteczkowego i jak można go określić w laboratorium.
Dziękuję za oglądanie!
Dziękuję za oglądanie!