U sadržaju ove nastavne teme naučit ćete kao napisati formulu kemijskog spoja.

Prije nego krenete proučavati ovu Temu prisjetite se osnovnih pojmova nužnih za razumijevanje ove Teme, a to su:

čista tvar, smjesa, kemijski element, kemijski spoj, kvalitativan sastav smjesa, kvantitativan sastav smjesa, kemijska analiza, kemijska sinteza, maseni udio, brojnost jedinki, množina tvari

ISHODI UČENJA

Usvajanjem sadržaja ove Teme moći ćete odgovoriti na sljedeća pitanja:

• Objasni značenje pojma: empirijska formula kemijskog spoja!
• Na primjeru obrazloži formuliranje izraza za empirijsku formulu kemijskog spoja?
• Objasni značenje pojma: molekulska formula kemijskog spoja!
• Na primjeru obrazloži formuliranje izraza za molekulsku formulu kemijskog spoja?

Što je kvantitativna kemijska analiza?

♦ Smjese smo definirali kao tvari složene od dviju ili više čistih tvari.

♦ Također smo naučili da sastav smjesa možemo izraziti kvalitativno i kvantitativno. (Prisjeti se Teme: IZRAŽAVANJE SASTAVA SMJESA ! ).

U kemijskim izračunima, za pripravu i rad sa smjesama bitan nam je i kvalitativan i kvantitativan sastav. Kvalitativan sastav nam govori o kojim tvarima je riječ, dok se kvantitativan sastav odnosi na količinu određenih tvari u smjesi.

Kvantitativan sastav smjesa određujemo služeći se kemijskim formulama.

Dosada smo se imali priliku upoznati sa sljedećim kemijskim pojmovima koje koristimo u izražavanju kvantitativnog sastava smjesa: maseni udio, količinski udio, volumni udio, brojnost jedinki i množina tvari.

♦ U kemiji se svakodnevno susrećemo sa kemijskim spojevima. Poznato nam je što su kemijski spojevi. Znamo da svaki kemijski spoj ima svoju kemijsku formulu i svoju molekulsku masu. Kemijski spojevi sastavljeni su od kemijskih elemenata, pa njih promatramo jednako kao što promatramo smjese i čiste tvari. Kemijski spojevi predstavljaju smjesu kemijskih elemenata.

♦ U kemiji ćemo se često susresti sa kemijskim spojevima kojima ne znamo kemijsku formulu, primjerice takve spojeve često imamo kao produkte kemijskih sinteza ili oni nastaju raspadanjem nekih složenijih spojeva.

♦ Ovim nepoznatim kemijskim spojevima možemo odrediti njihov elementarni sastav, odnosno možemo utvrditi kemijske elemente od kojih su sastavljeni. Također možemo utvrditi i koliko je koji kemijski element zastupljen u tom spoju, tj. možemo odrediti masene udjele pojedinih elemenata u tom spoju. Maseni udjeli elemenata u spoju dat će nam podatke o masama pojedinih elemenata u tom spoju, te dalje množinu elemenata u spoju i njihovu brojnost.

♦ Određivanje nabrojanih podataka naziva se kvantitativnom kemijskom analizom.

♦ Najkorištenija tehnika kvantitativne kemijske analize je masena spektrometrija.

Ova tehnika dat će nam kvantitativne podatke iz kojih vrlo lako možemo odrediti kemijsku formulu nepoznatog spoja.

♦ U kemiji se susrećemo sa dva tipa kemijskih formula: empirijska i molekulska formula kemijskog spoja.

Što je empirijska formula kemijskog spoja?

♦ Empirijska formula kemijskog spoja ( grč. empeiría = iskustvo) nam prikazuje najmanji odnos broja atoma elemenata u molekuli ili formulskoj jedinki (ionski spojevi) kemijskog spoja.

♦ Za određivanje empirijske formule kemijskog spoja dovoljno je poznavanje masenih udjela ili množina elemenata u nepoznatom kemijskom spoju.

Objasnit ćemo ove tvrdnje na primjeru:

Kemijskom analizom je utvrđeno da nepoznati kemijski spoj sadrži elemente ugljik i vodik. Masenom spektrometrijom su utvrđeni maseni udjeli ovih elemenata u nepoznatom spoju: w (C) = 85 %, w (H) = 15 %. Odredi empirijsku kemijsku formulu nepoznatog spoja?

w (C) = 85 %

w (H) = 15 %

Znamo kako računamo maseni udio pojedine tvari u smjesi, pa prema tome i maseni udio pojedinog elementa u spoju.

w (C) / 100 = m (C) / m (spoja)

w (H) / 100 = m (H) / m (spoja)

Za masu spoja uzimamo da iznosi 100 g i to primjenjujemo u našem izračunu.

0,85 = m (C) / 100 g

0,15 = m (H) / 100 g

m (C) = 0,85 × 100 g = 85 g

m (H) = 0,15 × 100 g = 15 g

Iz masenih udjela smo dobili da mase ugljika (C) i vodika (H) u nepoznatom spoju iznose 85 g i 15 g.

Iz ovih dobivenih masa, dalje možemo izračunati množinu ovih elemenata u nepoznatom spoju.

n (C) = m (C) / M (C)

n (H) = m (H) / M (H)

n (C) = 85 g / 12  g mol^-1 = 7,083 mol

n (H) = 15 g / 1,008 g mol^-1  = 14,88 mol

Iz izračunatih množina elemenata, možemo dalje izračunati brojnost jedinki u spoju, jer vrijedi da je množina tvari jednaka brojnosti jedinki jer su ove dvije veličine povezane Avogadrovom konstantom (N_A), tj. omjer množina elemenata u spoju jednak je omjeru brojnosti elemenata u spoju:

n (C) : n (H) = N (C) : N (H) = 7,083 : 14,88

Dobiveni omjer brojnosti ugljika i vodika u spoju možemo podijeliti sa 7,083 kako bismo dobili male cijele brojeve.

N (C) : N (H) = 1 : 2

Konačno,  empirijska formula kemijskog spoja  glasi CH₂ .

ZADATAK:

1.a) Kemijskom analizom je utvrđeno da je nepoznati kemijski spoj sastavljen od sljedećih kemijskih elemenata: C, H i O. Masenom spektrometrijom, za navedene kemijske elemente, dobiveni su sljedeći podaci: w (C) = 26,65 % , w (O) = 71,11 %, w (H) = 2,24 %. Odredi empirijsku kemijsku formulu nepoznatog spoja?

Što je molekulska formula kemijskog spoja?

♦ Osim empirijske kemijske formule, na početku, smo rekli da se u kemiji susrećemo i sa molekulskom kemijskom formulom.

♦ Vidjeli smo na koji način dolazimo do empirijske formule kemijskog spoja, te da ona prikazuje najmanji odnos broja atoma kemijskih elemenata u molekuli ili formulskoj jedinki kemijskog spoja.

Za razliku od empirijske formule, molekulska formula kemijskog spoja prikazuje stvarni odnos broja atoma kemijskih elemenata u molekuli ili formulskoj jedinki kemijskog spoja.

Kako odrediti, odnosno izračunati taj stvarni odnos broja atoma u molekuli ili formulskoj jedinki kemijskog spoja?

♦ Preduvjet za određivanje molekulske formule kemijskog spoja je formuliranje empirijske formule kemijskog spoja.

Na pokaznom primjeru, u objašnjavanju načina određivanja empirijske formule kemijskog spoja, dobili smo da ona za naš nepoznati spoj glasi: CH₂ .

Znači da je najmanji odnos broja atoma u ovom spoju sljedeći: N (C) : N (H) = 1 : 2

Za određivanje molekulske kemijske formule potrebno je odrediti njihov stvarni omjer.

Kako odrediti broj bombona u nekoj vrećici?

♦ Znamo da ovaj broj možemo vrlo jednostavno odrediti vaganjem ukupne mase vrećice bombona i mase jednog bombona. Dijeljenjem ukupne mase vrećice bombona sa masom jednog bombona, dobijemo ukupan broj bombona u vrećici.

Slično, možemo primjeniti i na određivanje molekulske kemijske formule.

♦ Imamo podatak za empirijsku formulu kemijskog spoja.

♦ Dalje, potreban nam je podatak o masi nepoznatog spoja. Molarnu masu, odnosno relativnu molekulsku masu spoja, dobivamo prethodno spomenutom tehnikom masene spektrometrije.

♦ Pretpostavimo da smo masenom spektrometrijom dobili da molarna masa nepoznatog spoja iznosi 240 g mol^-1. Iz ovoga slijedi da je vrijednost relativne molekulske mase nepoznatog spoja 240.

♦ Iz empirijske kemijske formule spoja dobivamo sljedeću relativnu molekulsku masu:

E_r (CH₂) = A_r (C) + 2 A_r (H)

             E_r (CH₂) = 12 + 2 × 1,008 = 14,016

E_r = oznaka za empirijsku relativnu molekulsku masu

♦ Dijeljenjem relativne molekulske mase spoja C_xH_y  sa relativnom molekulskom masom empirijski određenog kemijskog spoja dobijemo sljedeću vrijednost:

Mr (C_xH_y) / E_r (CH₂) = 240 / 14,016 = 17,12

Dobivenu vrijednost 17,12, zaokružit ćemo na najbliži cijeli broj, tj. na 17.

♦ Konačno, dobivamo stvarni odnos broja atoma ugljika i vodika u datom spoju koji je 17 puta veći nego u empirijski određenom kemijskom spoju odnosno:

(CH₂)₁₇ = C₁₇H₃₄

Dakle, molekulska formula kemijskog spoja glasi: C₁₇H_{34 .}

ZADACI:

1.b) Odredi molekulsku kemijsku formulu iz zadatka 1.a)

2.b) Masenom spektrometrijom je ustanovljeno da je u nekom dušikovom oksidu maseni udio dušika  25,63 %, a maseni udio kisika 74,37 %. Molarna masa ovog spoja iznosi 216 g mol^-1 . Odredi empirijsku i molekulsku kemijsku formulu ovog dušikovog oksida?

3.b) Spaljivanjem nekog ugljikovodika (C_xH_y) dobiveno je 22 g ugljikovog dioksida (CO₂) i 18 g vode (H₂O). Relativna molekulska masa ugljikovodika iznosi 56. Odredi empirijsku i molekulsku formulu tog ugljikovodika.

Što čujem zaboravim, što vidim pamtim, što uradim znam!

EMPIRIJSKA I MOLEKULSKA FORMULA KEMIJSKOG SPOJA

e-učenje kemije