Wat zijn empirische formules?
Empirische formules beschrijven de verhouding van elk type atoom in een stof. Het woord 'empirisch' verwijst naar de oorsprong van empirische formules in waarneembare resultaten; dat wil zeggen dat de formules experimenteel worden bepaald. Wetenschappers testen de samenstelling van onbekende verbindingen door hun vorming of hun interacties met bekende stoffen te observeren. De verhouding van atomen in een verbinding geeft slechts een ruw idee van zijn aard, maar het is een basis voor verder onderzoek.
Als wetenschappers een verbinding kunnen maken en de samenstelling van de reagentia of de stoffen die reageren weten, kunnen ze de empirische formule van het product bepalen. Ze voeren de reactie uit om het product te produceren zonder enige niet-gereageerde invoer achter te laten. Ze controleren ook de verhoudingen van de reagentia die in de reactie ingaan. Het is belangrijk dat ze de hoeveelheid moleculen van de reagentia kennen in plaats van de hoeveelheid massa of volume, omdat deze metingen voor verschillende moleculen kunnen variëren. De hoeveelheid reagentia vertelt hen de hoeveelheid atomen in het product, omdat alle moleculen die ze inbrengen in de reactie worden gebruikt.
Een andere methode voor het bepalen van empirische formules is om een verbinding te laten reageren met een andere stof en de producten van de reactie te observeren. Wetenschappers gebruiken deze methode vaak om koolwaterstoffen te analyseren, stoffen die alleen koolstof- en waterstofatomen bevatten. Ze verbranden onbekende koolwaterstoffen en verzamelen de koolstofdioxide en waterdamp die de reactie oplevert.
Wanneer een koolwaterstof brandt, reageert deze met zuurstof; de reactie kan worden weergegeven als AC f Hg + BO2 -> D CO 2 + EH20, waarbij A, B, D en E de verhoudingen van de moleculen in de reactie aangeven en f en g de verhoudingen van koolstof voorstellen en waterstof in de koolwaterstof. De onderzoekers meten de massa kooldioxide en waterdamp. Vervolgens delen ze deze getallen door het molecuulgewicht van de respectieve verbindingen. Voor kooldioxide is het resulterende aantal hetzelfde als het aantal koolstofatomen, maar ze moeten het aantal watermoleculen met twee vermenigvuldigen om het aantal waterstofmoleculen te krijgen. Ze vinden de kleinste gehele getallen die de verhouding van C en H behouden, en deze zijn f en g in de vergelijking: de subscripties van de empirische formule.
Empirische formules geven niet de precieze structuur van een molecuul aan. Acetyleen en benzeen zijn bijvoorbeeld koolwaterstoffen die gelijke aantallen koolstof- en waterstofatomen bevatten, dus de empirische formule van elk is CH. De moleculaire formule van acetyleen is C2H2, terwijl benzeen C6H6 is. Ze hebben enorm verschillende eigenschappen ondanks dezelfde empirische formule. Acetyleen is een zeer explosief gas dat wordt gebruikt voor snijden en lassen; benzeenringen met zes koolstofatomen zijn de definitieve component van aromatische stoffen en zijn aanwezig in veel van de moleculen die verantwoordelijk zijn voor smaken en geuren.