ODREĐIVANJE EMPIRIJSKE FORMULE SPOJA
- ako se promatra spoj op ćenite formule AxBy, tada za omjer broja atoma A i B u spoju vrijedi:
x : y = N (A) : N (B) = n(A) ⋅ L : n(B) (B) ⋅ L = n(A) : n(B) =
- uvrštavanjem: uvrštavanjem:
m(A) = w(A) · m(AxBy)
i
m(A) M (A)
:
m(B) M (B)
m(B) = w(B) · m(AxBy)
dobije se:
N (A) : N ( B) =
N ( A ) : N ( B) =
w(A ) * m( A x B y ) w(B) * m( A x B y )
:
M (A) w( A )
:
w(B)
M ( A ) M ( B)
w( A )
=
M (B)
:
(1)
w( B)
Ar ( A ) Ar ( B)
(2)
- gornji izraz omogu ćuje izračunavanje empirijske formule formule spoja, ako je poznat sastav tog spoja (tj. ako je poznato od kojih se elemenata sastoji spoj, te ako su poznati njihovi maseni maseni udjeli u spoju)
1
Zad. 2.45. (Sikirica) w(Na) = 12,1 % w(B) = 11,4 % w(O) = 29,4 %
(ostatak do 100 % je voda) ----------------------------------odrediti empirijsku formulu spoja! - s obzirom da se spoj sastoji samo od Na, B, O i vode, maseni udio vode u spoju dobije se kao razlika između 100 % i zbroja masenih udjela elemenata u spoju: w(H2O) = 100 % - [w(Na) + w(B) + w(O)] = 100 % - (12,1 + 11,4 + 29,4) %
(H2O) = 47,1 %
w
N (Na) : N (B) : N (O) : N (H 2O) =
=
0 ,121 23 , 0
0,114
:
10,8
:
0, 294 16, 0
:
w(Na) Ar (Na)
0, 471 18, 0
w(B)
:
Ar (B)
:
w(O) Ar (O)
:
w(H 2O) Ar (H 2O)
=
= 0,00526 : 0,01056 : 0,01838 : 0,02617
omjer malih cijelih brojava tako da se najprije cijeli izraz podijeli sa najmanjim brojem u omjeru, a zatim se dobivene vrijednosti množe redom sa 2, 3, 4... sve dok se ne dobiju
- omjer broja atoma iz gornjeg izraza pokušava se svesti na
vrijednosti koje se mogu zaokružiti na cijeli broj: N (Na) : N (B) : N (O) : N (H2O) =
= 0,00526 : 0,01056 : 0,01838 : 0.02617 =
/
=
1
:
2,01 :
3,49 :
4,98
=
/
=
2
:
4,02 :
6,98 :
9,96
=
2 : 4 : 7 :
1
÷ 0,00526
·2
0 2
empirijska formula spoja: Na2B4O7*10H2O
Zad. 2.48. (Sikirica) m(H) : m(C) : m(O) = 1 : 3 : 4 M r (spoj) = 32
--------------------------------------odrediti formulu spoja! - da bi se odredila empirijska formula spoja, potrebni su podaci o
masnim udjelima
svih elemenata u spoju !!! - s obzirom da su u zadatku zadani samo omjeri masa elemenata u spoju, može se proizvoljno pretpostaviti da je: m(H) = 1 g - iz uvjeta zadatka tada slijedi:
m(C) = 3 · m(H) = 3 g m(O) = 4 · m(H) = 4 g
- ukupna masa spoja:
m(spoj) = m(H) + m(C) + m(O) = 8 g
- znajući ukupnu masu spoja i mase pojedinih elemenata u spoju moguće je izračunati njihove masene udjele: w(H) = m(H) / m(spoj) = 1 g / 8 g = 0,125 w(C) = m(C) / m(spoj) = 3 g / 8 g = 0,375 w(O) = m(O) / m(spoj) = 4 g / 8 g = 0,5
3
odakle proizlazi: N (C) : N (H) : N (O) = w(C) / Ar (C) : w(H) / Ar (H) : w(O) / Ar (O)
N (C) : N (H) : N (O) = = 0,375 / 12,0 : 0,125 / 1,0 : 0,5 / 16,0 =
=
0,0313
:
0,125
:
=
1
:
3,99
:
1
=
1
:
4
:
1
formula spoja:
CH4O
0,0313
=
/
÷ 0,0313
=
M r (CH4O) = 32
pa je to i prava (molekulska) formula spoja
Zad. 2.51. (Sikirica) w(C) = 21,2 % w(H) = 5,3 %
(ostatak do 100 % su As i O) m(spoj) = 0,5 g m(MgNH4AsO4) = 0,802 g
-----------------------------------odrediti empirijsku formulu spoja!
- da bi se odredila empirijska formula spoja potrebno je poznavati masene udjele svih elemenata u spoju - u konkretnom slučaju, potrebno je najprije odrediti mesene udjele arsena i kisika, a zatim izračunati empirijsku formulu spoja 4
- shematski se tijek analize može prikazati kao: spoj
→→→
(kem. analiza)
→ → →
MgNH4AsO4
- bitno je uočiti da je sav arsen iz spoja tijekom analize preveden u MgNH4AsO4, tako da vrijedi:
(As, spoj) = m(As, MgNH4AsO4)
m
- iz poznate mase MgNH4AsO4 te masenog udjela arsena u MgNH4AsO4 može se izračunati masa arsena u ispitivanom spoju: w(As, MgNH4AsO4) = Ar (As) / M r(MgNH 4AsO4) = 74,92 / 181,22 w(As, MgNH4AsO4) = 0,4134
m(As, MgNH4AsO4) = w(As, MgNH4AsO4) · m(MgNH4AsO4) m(As, MgNH4AsO4) = 0,4134 · 0,802 g = 0,3116 g
m(As, spoj) = m(As, MgNH4AsO4) =
0,3116 g
- maseni udio arsena u spoju: w(As) = m(As, spoj) / m(spoj) = 0,3116 g / 0,5 g =
0,663
- maseni udio kisika predstavlja razliku između 100 % i zbroja masenih udjela ostalih elemenata: w(O) = 1 – [w(C) + w(H) + w(As)] w(O) = 1 – (0,212 + 0,053 + 0,663) =
0,072
5
VAŽNO!
S obzirom da kisik tijekom analize u određivani spoj (u konkretnom primjeru
MgNH4AsO4) može ući bilo iz zraka, bilo iz vode, gotovo u pravilu maseni udio kisika izražava se kao razlika do 100 % nakon što su određeni maseni udjeli svih ostalih elemenata u spoju!!!
- kada su poznati maseni udjeli svih elemenata u spoju, može se izračunati omjer broja atoma tih elemenata: N (C)
:
N (H)
:
N (O)
:
N (As)
=
w(C) / Ar (C) : w(H) / Ar (H) : w(O) / Ar (O) : w(As) / Ar (As) =
= 0,212 / 12,0 : 0,053 / 1,0
: 0,072 / 16,0 :
=
0,0177
:
0,053
:
0,0045
=
3,9
:
11,8
:
=
4
:
1
2
:
empirijska formula spoja:
0,663 /74,9
=
:
0,0089
=
1,0
:
2,0
=
1
:
2
/
÷ 0,0045
C4H12OAs2
Zadatak: Sintetiziran je spoj čiji se sastav može prikazati općenitom formulom C3H3I3(C3H8)x. Analizom je ustanovljeno da 5,000 g tog spoja sadrži 0,8550 g joda. Odredite koliki je broj x. m(spoj) = 5,000 g m(I) = 0,8550 g
----------------------x=?
6
- molarna masa spoja A xBy i maseni udio elementa A u spoju povezani su relacijom:
w(A, A x B y ) =
x ⋅ Ar (A) M r (A x B y )
- u konkretnom slučaju, za maseni udio joda u spoju vrijedi: w(I, C3 H 3I 3 (C 3H 8 ) x ) =
3 ⋅ Ar (I) M r (C3 H 3 I3 (C 3H 8 ) x )
- u jednadžbi se javljaju dvije nepoznanice: w(I, C3H3I3(C3H8)x) i M r(C 3H3I3(C3H8)x) - maseni udio joda lako je izra čunati iz podataka zadanih u zadatku: w(I, C3H3I3(C3H8)x) = m(I) / m(spoj) = 0,8550 g / 5,000 g =
0,171
- da bi se pronašla M r(C 3H3I3(C3H8)x), potrebno je uočiti da vrijedi: M r (C3H3I3(C3H8)x) = M r(C 3H3I3) + x · M r(C 3H8)
što uvrštenjem u gore danu jednadžbu za w(I, C3H3I3(C3H8)x) daje:
w(I, C3 H 3I 3 (C 3H 8 ) x ) =
0 ,171 =
3 ⋅ Ar (I) M r (C3 H 3 I3 ) + x · M r (C 3H 8 )
3 ⋅127,0 420 + 44 ⋅ x
x = 41,09
odnosno, zaokruženo na cijeli broj:
formula spoja:
x = 41
C3H3I3(C3H8)41
7
Zadatak: Uzorak olovnog(II) oksida (PbO) mase 58,75 g zagrijavan je u struji kisika, pri čemu je dobiveno 60,15 g novog oksida s povećanim sadržajem kisika. Izračunajte maseni udio olova i kisika u novom oksidu te odredite njegovu empirijsku formulu. m(PbO) = 58,75 g m(PbxOy) = 60,15 g
-------------------------w(Pb), w(O) = ?
odrediti empirijsku formulu oksida! - zagrijavanjem PbO prima kisik i prelazi u oksid s povećanim sadržajem kisika - međutim, potrebno je uočiti da se masa olova u oba slučaja ne mijenja, jer olovo niti ulazi u spoj, niti izlazi iz spoja !!! - posljedica toga je da razlika u masama između oba oksida odgovara masi kisika
koja je ušla u spoj - da bi se odredila formula oksida s povećanim sadržajem kisika, potrebno je poznavati mase, odnosno masene udjele olova i kisika u tom oksidu - mase olova i kisika u PbO: m(Pb, PbO) = m(PbO) ·w(Pb, PbO) = m(PbO) · Ar (Pb) / M r(PbO) m(Pb, PbO) = 58,75 g · 207,2 / 223,2 =
54,539 g
m(O, PbO) = m(PbO) – m(Pb, PbO) m(O, PbO) = 58,75 g – 54,539 g =
- porast mase kisika:
4,211 g
∆m(O)
= m(PbxOy) – m(PbO)
∆m(O)
= 60,15 g – 58,75 g = 1,40 g 8
- mase elemenata u oksidu s povećanim sadržajem kisika: m(Pb, PbxOy) = m(Pb, PbO) =
54,539 g
(!!!)
m(O, PbxOy) = m(O, PbO) + ∆m(O) = 4,211 g + 1,40 g =
5,611 g
0,9067 w(O, PbxOy) = m(O, PbxOy) / m(PbxOy) = 5,611 g / 60,15 g = 0,0937 w(Pb, PbxOy) = m(Pb, PbxOy) / m(PbxOy) = 54,539 g / 60,15 g =
N (Pb) : N (O) = w(Pb, PbxOy) / Ar (Pb) : w(O, PbxOy) / Ar (O) =
=
0,9067 / 207,2
:
0,0937 / 16,0
=
=
0,00438
:
0,00586
=
/
÷ 0,00438
=
1
:
1,337
=
/
·2 ,·3
=
2
:
2,674
=
=
3
:
4,011
=
=
3
:
4
empirijska formula oksida:
Pb3O4
9