Jakie są wzory empiryczne?
Wzory empiryczne opisują stosunek każdego rodzaju atomu w substancji. Słowo „empiryczny” odnosi się do początków wzorów empirycznych w obserwowalnych wynikach; to znaczy formuły są ustalane eksperymentalnie. Naukowcy testują skład nieznanych związków, obserwując ich powstawanie lub interakcje ze znanymi substancjami. Stosunek atomów w związku daje jedynie przybliżone wyobrażenie o jego naturze, ale jest podstawą do dalszych badań.
Jeśli naukowcy są w stanie stworzyć związek i znają skład odczynników lub substancji, które reagują, mogą określić wzór empiryczny produktu. Reagują w celu wytworzenia produktu bez pozostawiania żadnych nieprzereagowanych nakładów. Monitorują również proporcje odczynników, które wchodzą w reakcję. Ważne jest, aby znali proporcję cząsteczek odczynników zamiast proporcji masy lub objętości, ponieważ pomiary te mogą się różnić dla różnych cząsteczek. Proporcja odczynników mówi im o proporcji atomów w produkcie, ponieważ wszystkie cząsteczki, które wprowadzają, są wykorzystywane w reakcji.
Inną metodą określania wzorów empirycznych jest spowodowanie, że związek reaguje z inną substancją i obserwuje produkty reakcji. Naukowcy często stosują tę metodę do analizy węglowodorów, substancji zawierających tylko atomy węgla i wodoru. Spalają nieznane węglowodory i zbierają dwutlenek węgla i parę wodną z reakcji.
Kiedy węglowodór pali się, reaguje z tlenem; reakcję można przedstawić jako AC f H g + BO 2 -> D CO 2 + EH 2 O, gdzie A, B, D i E wskazują proporcje cząsteczek w reakcji, a f i g oznaczają proporcje węgla i wodór w węglowodorze. Eksperymentatorzy mierzą masę dwutlenku węgla i pary wodnej. Następnie dzielą te liczby przez masę cząsteczkową odpowiednich związków. W przypadku dwutlenku węgla wynikowa liczba jest taka sama jak liczba atomów węgla, ale muszą pomnożyć liczbę cząsteczek wody przez dwa, aby uzyskać liczbę cząsteczek wodoru. Znajdują najmniejsze liczby całkowite, które zachowują proporcję C i H, a są to równania f i g: indeksy dolne wzoru empirycznego.
Wzory empiryczne nie wskazują dokładnej struktury cząsteczki. Na przykład acetylen i benzen są węglowodorami, które zawierają równą liczbę atomów węgla i wodoru, więc wzorem empirycznym każdego z nich jest CH. Wzór cząsteczkowy acetylenu to C 2 H 2 , podczas gdy benzen to C 6 H 6 . Mają bardzo różne właściwości, mimo że mają tę samą empiryczną formułę. Acetylen jest wysoce wybuchowym gazem stosowanym do cięcia i spawania; sześciowęglowe pierścienie benzenowe są ostatecznym składnikiem substancji aromatycznych i są obecne w wielu cząsteczkach odpowiedzialnych za smaki i zapachy.