Что такое эмпирические формулы?
Эмпирические формулы описывают соотношение атомов каждого типа в веществе. Слово «эмпирический» относится к происхождению эмпирических формул в наблюдаемых результатах; то есть формулы определяются экспериментально. Ученые проверяют состав неизвестных соединений, наблюдая их образование или их взаимодействие с известными веществами. Соотношение атомов в соединении дает лишь приблизительное представление о его природе, но оно является основой для дальнейших исследований.
Если ученые могут создать соединение и узнать состав реагентов или веществ, которые реагируют, они могут определить эмпирическую формулу продукта. Они проводят реакцию, чтобы произвести продукт, не оставляя никаких непрореагировавших входов. Они также контролируют пропорции реагентов, которые входят в реакцию. Важно, чтобы они знали пропорцию молекул реагентов, а не пропорцию массы или объема, потому что эти измерения могут варьироваться для разных молекул. Соотношение реагентов говорит им о доле атомов в продукте, поскольку все молекулы, которые они вводят, используются в реакции.
Другой метод определения эмпирических формул состоит в том, чтобы заставить соединение реагировать с другим веществом и наблюдать продукты реакции. Ученые обычно используют этот метод для анализа углеводородов, веществ, которые содержат только атомы углерода и водорода. Они сжигают неизвестные углеводороды и собирают углекислый газ и водяной пар, которые дает реакция.
Когда углеводород горит, он реагирует с кислородом; реакция может быть представлена как AC f H g + BO 2 -> D CO 2 + EH 2 O, где A, B, D и E обозначают пропорции молекул в реакции, а f и g обозначают пропорции углерода и водород в углеводороде. Экспериментаторы измеряют массу углекислого газа и водяного пара. Затем они делят эти числа на молекулярную массу соответствующих соединений. Для углекислого газа полученное в результате число совпадает с числом атомов углерода, но они должны умножить количество молекул воды на два, чтобы получить число молекул водорода. Они находят наименьшие целые числа, которые сохраняют пропорцию C и H, и это f и g в уравнении: индексы эмпирической формулы.
Эмпирические формулы не указывают точную структуру молекулы. Например, ацетилен и бензол являются углеводородами, которые содержат одинаковое количество атомов углерода и водорода, поэтому эмпирической формулой каждого из них является СН. Молекулярная формула ацетилена C 2 H 2 , в то время как бензола C 6 H 6 . Они имеют совершенно разные свойства, несмотря на одинаковую эмпирическую формулу. Ацетилен - взрывоопасный газ, используемый для резки и сварки; Шестиуглеродные бензольные кольца являются определяющим компонентом ароматических веществ и присутствуют во многих молекулах, ответственных за вкусы и запахи.