Determinar a Fórmula Empírica
Determinar a fórmula química de um composto é um aspecto fundamental da ocupação de um químico.
Numa fórmula química, símbolos de elementos e subscritos numéricos descrevem os tipos e número de átomos presentes numa molécula. A fórmula empírica é um tipo simples de fórmula química, que fornece a menor relação de número inteiro entre elementos dentro de um composto molecular. Devido à lei de conservação da massa, a fórmula empírica é frequentemente encontrada usando composição elementar ou percentagem de massa.
Este vídeo irá introduzir a fórmula empírica e demonstrar como pode ser calculada usando uma simples experiência em laboratório.
A fórmula empírica é o tipo mais simples de fórmula química, pois mostra o número relativo de átomos de cada elemento de um dado composto. Por exemplo, no peróxido de hidrogénio, existe uma parte por massa de hidrogénio para cada 16 partes por massa de oxigénio. Portanto, para cada átomo de hidrogénio, existe um átomo de oxigénio, e a fórmula empírica é H-O. Muitas moléculas diferentes podem ter a mesma fórmula empírica.
A fórmula molecular está relacionada com a fórmula empírica, e representa o número real de átomos de cada tipo num composto. Por exemplo, a fórmula molecular do peróxido de hidrogénio é H2O2, uma vez que cada molécula tem dois átomos de hidrogénio e dois átomos de oxigénio. Uma fórmula estrutural mostra o número de cada tipo de átomo, e as ligações entre eles. As linhas únicas representam uma ligação química. Por exemplo, para o peróxido de hidrogénio, a fórmula estrutural tem este aspecto: H-O-O-H.
Fórmulas com um ponto entre o composto e a água descrevem os hidratos. Os hidratos são compostos químicos que têm moléculas de água ligadas, mas não covalentemente unidas. Os hidratos perdem facilmente as suas moléculas de água ao aquecer e tornam-se “anidros,” ou “sem água”. Os hidratos e compostos anidros têm propriedades físicas únicas, uma vez que as moléculas se organizam de forma diferente.
Agora os princípios básicos da fórmula empírica tenham sido explicados, vamos confirmar a fórmula empírica de um cloreto de cobre hidratado em laboratório.
Para iniciar o procedimento, secar o cadinho acima de 120 °C para afastar qualquer humidade adsorvida, e determinar com precisão o seu peso.
P>Pesar uma amostra de um hidrato de cloreto de cobre, e colocá-la no cadinho.
P>Próximo, aquecer a amostra no cadinho utilizando uma fonte de calor, tal como um queimador de Bunsen. Coloque a tampa no cadinho para ajudar a evitar salpicos, mas mantenha-a ligeiramente aberta para permitir a fuga do vapor de água.
Aqueça a amostra até que esta tenha mudado de uma cor azul-verde para uma cor vermelho-acastanhada. Esta mudança de cor é indicativa da forma anidra do cloreto de cobre. Agitar para garantir que a água foi retirada da amostra, e que a cor é consistente ao longo de toda a amostra.
P>Próximo, arrefecer a amostra num exsicador, para evitar a reidratação.
Medir com precisão a massa da amostra anidra. A diferença corresponde às águas de hidratação perdidas no aquecimento.
Transfira a amostra seca para um copo de 250 mL, e dissolva-a em 150 mL de água desionizada. A solução deve ficar azul novamente, pois o cloreto de cobre é reidratado.
Adicionar um pequeno pedaço de fio de alumínio ao copo. O cobre azul mais dois reduzirá a um zero de cobre avermelhado na superfície do fio, enquanto o alumínio oxidará a alumínio incolor mais três. A cor azul da solução irá desaparecer durante a reacção.
Após cerca de 30 min., utilizar alumínio adicional para assegurar que todo o cobre foi reduzido a um metal de cobre sólido.
P>P>Próximo, adicionar cerca de 10 mL de ácido clorídrico 6 M para dissolver o fio de alumínio.
Utilizando um funil Büchner e papel de filtro pré-pesado, filtrar a solução incolor a vácuo. Lavar a amostra com etanol absoluto, ou puro. Deixar a amostra secar ao ar.
Finalmente, medir a massa do sólido de cobre.
Para determinar a fórmula empírica do cloreto de cobre hidratado, calcular primeiro a massa de cada componente. A massa de água é determinada subtraindo o peso do cloreto de cobre seco do peso do cloreto de cobre hidrato. A massa de cobre foi encontrada experimentalmente. Finalmente, a massa de cloreto é encontrada subtraindo a massa de cobre e água da massa total da amostra.
Para determinar a menor razão de número inteiro de componentes no composto, converta a massa de cada componente em moles utilizando a massa molar. Em seguida, dividir cada componente pelo menor número de toupeiras da amostra (cobre, neste caso). A menor relação de número inteiro produz a fórmula de CuCl2-2H2O.
A determinação e conhecimento da fórmula empírica de um composto é importante em muitas áreas da química e investigação.
A química forense é a aplicação da química num ambiente legal. Por exemplo, compostos desconhecidos, tais como drogas e venenos, são frequentemente encontrados em cenas de crime. Os químicos forenses utilizam uma vasta gama de métodos para identificar a substância desconhecida.
Muitas vezes, o passo seguinte na identificação de uma substância desconhecida é utilizar a fórmula empírica para determinar a fórmula molecular. Um espectrómetro de massa é frequentemente utilizado para auxiliar nesta etapa, uma vez que o espectrómetro de massa separa os componentes pela sua relação massa/carga. Assim, a massa da molécula pode então ser usada para determinar a fórmula molecular.
Acabou de assistir à introdução de JoVE à fórmula empírica. Deve agora compreender o que é a fórmula empírica de uma substância, como ela difere da fórmula molecular, e como determiná-la em laboratório.
Agradecimentos pela observação!