Ermittlung der Summenformel
Quelle: Labor von Dr. Neal Abrams - SUNY College of Environmental Science and Forestry
Ermittlung der chemischen Formel einer Verbindung ist das Herzs…
(1) entwässern die Hydrat
- Genau wiegen Sie eine Probe von Kupferchlorid Hydrat und legen Sie sie in einem vorgetrocknet und tarierten Tiegel. Es ist wichtig, dass der Tiegel, über 120 ° C getrocknet wird um adsorbiert Feuchtigkeit zu vertreiben. In der Regel 1 – 2 g Verbindung reicht aus.
- Erhitzen Sie die Probe mit dem Bunsenbrenner oder andere Flamme, bis es Farbe von grünlich-blau wechselt zu einem rötlich-braun (Abbildung 1). Diese Farbveränderung ist bezeichnend für die wasserfreie Form von Kupferchlorid. Die Abdeckung kann auf den Tiegel zu verhindern Spritzer bleiben, aber leicht geöffnet werden sollten, damit Wasserdampf entweichen kann.
- Rühren Sie die Probe um sicherzugehen, dass das Wasser wird die gesamte Probe ausgetrieben und die Farbe ist konstant.
- Als Alternative kann die Probe in einem Trockenschrank über 110 ° c gegeben werden
- Kühlen Sie die Probe in den Exsikkator gestellt. Dadurch wird verhindert, dass Wasser Rehydration der Probenmaterials.
- Die Masse der wasserfreie Probe zu messen. Die Differenz entspricht das Wasser aus dem Hydrat, das beim Erhitzen verloren war.
Abbildung 1. Bunsenbrenner mit Keramiktiegel.
2. isolierende Kupfer
- Übertragen Sie die Probe auf eine 100 mL-Becherglas und Auflösen der Probe in 50 mL entionisiertem Wasser. Die Lösung sollte blau wieder, in der Regel mehr blau als die hydratisierten solide.
- Das Becherglas eine kleine Menge Aluminium Metall (~0.20 g) hinzufügen. Dadurch wird das Kupfer auf ein rötliches Metall zu reduzieren, und das Aluminium wird farblos Al3 +oxidieren. Die blaue Farbe der Lösung sollte als die Cu2 + Ionen Form Cu0verschwinden. Fügen Sie nach 30 min zusätzliche kleine Stücke aus Aluminium um sicherzustellen, alle des Kupfers auf massivem Kupfer reduziert.
- Die Lösung enthält nun Al3 + -Ionen, massivem Kupfer, und eine kleine Menge aus massivem Aluminium.
- Lösen Sie jede überschüssige Aluminium durch ~ 5 mL 6 M HCl. Aluminium ist amphoter, was bedeutet, dass sie reagieren kann und sich auflösen in Anwesenheit einer Säure oder einer Base.
- Vakuum filter die farblose Lösung in einen Büchner-Trichter mit einem vorgewogene Stück Filterpapier. Spülen Sie mit absoluten Ethanol. Die Probe zur Verhinderung der Bildung von Kupferoxid (II) an der Luft trocknen (nicht Ofen trocken).
- Messen Sie die Masse des Kupfers fest, um die Masse der Chlorid-Ionen durch Differenz zu bestimmen.
3. Berechnungen
- Bestimmen Sie die Masse von Chlorid-Ionen durch Differenz:
- Verwenden Sie die molare Masse der einzelnen Komponenten der Verbindung, um die Maulwürfe der einzelnen Komponenten zu bestimmen.
- Teilen Sie die Maulwürfe der einzelnen Komponenten durch die Maulwürfe die kleinste Einheit, die kleinsten ganzzahligen Verhältnis der Komponenten, auch bekannt als die Summenformel der Verbindung zu geben.
Die Bestimmung der chemischen Formel einer Verbindung ist ein grundlegender Aspekt des Berufs eines Chemikers.
In einer chemischen Formel beschreiben Elementsymbole und numerische Indizes die Art und Anzahl der in einem Molekül vorhandenen Atome. Die Summenformel ist eine einfache Art von chemischer Formel, die das kleinste ganzzahlige Verhältnis zwischen den Elementen innerhalb einer molekularen Verbindung liefert. Aufgrund des Hauptsatzes der Massenerhaltung wird die empirische Formel oft mit der Elementzusammensetzung oder dem Massenprozentsatz gefunden.
In diesem Video wird die empirische Formel vorgestellt und gezeigt, wie sie anhand eines einfachen Experiments im Labor berechnet werden kann.
Die Summenformel ist die einfachste Art von chemischer Formel, da sie die relative Anzahl der Atome jedes Elements in einer bestimmten Verbindung angibt. Zum Beispiel gibt es in Wasserstoffperoxid einen Massenteil Wasserstoff für jeweils 16 Teile Sauerstoffmasse. Für jedes Wasserstoffatom gibt es also ein Sauerstoffatom, und die Summenformel lautet H-O. Viele verschiedene Moleküle können die gleiche empirische Formel haben.
Die Summenformel bezieht sich auf die Summenformel und stellt die tatsächliche Anzahl der Atome jedes Typs in einer Verbindung dar. Zum Beispiel lautet die Summenformel von Wasserstoffperoxid H2O2, da jedes Molekül zwei Wasserstoffatome und zwei Sauerstoffatome hat. Eine Strukturformel zeigt die Anzahl der einzelnen Atomarten und die Bindungen zwischen ihnen. Einzelne Linien stellen eine chemische Bindung dar. Für Wasserstoffperoxid sieht die Strukturformel beispielsweise so aus: H-O-O-H.
Formeln mit einem Punkt zwischen der Verbindung und Wasser beschreiben Hydrate. Hydrate sind chemische Verbindungen, an die Wassermoleküle gebunden, aber nicht kovalent gebunden sind. Hydrate verlieren beim Erhitzen leicht ihre Wassermoleküle und werden "wasserfrei", oder "ohne Wasser". Hydrate und wasserfreie Verbindungen haben einzigartige physikalische Eigenschaften, da die Moleküle unterschiedlich organisiert sind.
Nachdem nun die Grundprinzipien der Summenformel erklärt wurden, wollen wir die Summenformel eines Kupferchloridhydrats im Labor bestätigen.
Um den Vorgang zu beginnen, trocknen Sie den Tiegel über 120 ? C, um adsorbierte Feuchtigkeit abzuleiten und ihr Gewicht genau zu bestimmen.
Wiegen Sie eine Probe eines Kupferchloridhydrats und geben Sie es in den Tiegel.
Erhitzen Sie anschließend die Probe im Tiegel mit einer Wärmequelle, z. B. einem Bunsenbrenner. Setze den Deckel auf den Tiegel, um Spritzer zu vermeiden, aber halte ihn leicht offen, damit Wasserdampf entweichen kann.
Die Probe wird so lange erhitzt, bis sie sich von einer blaugrünen in eine rotbraune Farbe verwandelt hat. Diese Farbveränderung ist ein Hinweis auf die wasserfreie Form von Kupferchlorid. Rühren Sie um, um sicherzustellen, dass das Wasser von der Probe abgestoßen wurde und die Farbe überall konsistent ist.
Kühlen Sie die Probe anschließend in einem Exsikkator ab, um eine Rehydrierung zu verhindern.
Messen Sie die Masse der wasserfreien Probe genau. Die Differenz entspricht dem Hydratationswasser, das beim Erhitzen verloren ging.
Übertragen Sie die getrocknete Probe in ein 250-ml-Becherglas und lösen Sie sie in 150 mL deionisiertem Wasser auf. Die Lösung sollte sich wieder blau färben, da das Kupferchlorid rehydriert wird.
Lege ein kleines Stück Aluminiumdraht in den Becher. Das blaue Kupfer two plus reduziert sich zu einer rötlichen Kupfer-Null auf der Oberfläche des Drahtes, während das Aluminium zu farblosem Aluminium three plus oxidiert. Die blaue Farbe der Lösung verschwindet während der Reaktion.
Verwenden Sie nach ca. 30 min zusätzliches Aluminium, um sicherzustellen, dass das gesamte Kupfer zu einem festen Kupfermetall reduziert ist.
Fügen Sie als nächstes etwa 10 mL 6 M Salzsäure hinzu, um den Aluminiumdraht aufzulösen.
Mit einem B?chner-Trichter und vorgewogenem Filterpapier wird die farblose Lösung vakuumfiltriert. Spülen Sie die Probe mit absolutem oder reinem Ethanol. Lassen Sie die Probe an der Luft trocknen.
Messen Sie abschließend die Masse des Kupferfeststoffs.
Um die empirische Formel von Kupferchloridhydrat zu bestimmen, berechnen Sie zunächst die Masse jeder Komponente. Die Masse des Wassers wird bestimmt, indem das Gewicht des getrockneten Kupferchlorids vom Gewicht des Kupferchloridhydrats abgezogen wird. Die Masse des Kupfers wurde experimentell ermittelt. Schließlich wird die Chloridmasse ermittelt, indem die Masse von Kupfer und Wasser von der Gesamtmasse der Probe abgezogen wird.
Um das kleinste ganzzahlige Verhältnis der Komponenten in der Verbindung zu bestimmen, rechnen Sie die Masse jeder Komponente mit Hilfe der molaren Masse in Mol um. Dann dividieren Sie jede Komponente durch die kleinste Anzahl von Mol in der Probe? (in diesem Fall Kupfer). Das kleinste Ganzzahlverhältnis ergibt die Formel von CuCl2?2H2O.
Die Bestimmung und Kenntnis der empirischen Formel einer Verbindung ist in vielen Bereichen der Chemie und Forschung wichtig.
Forensische Chemie ist die Anwendung von Chemie in einem rechtlichen Umfeld. So werden beispielsweise häufig unbekannte Verbindungen wie Drogen und Gifte an Tatorten gefunden. Forensische Chemiker nutzen eine Vielzahl von Methoden, um die unbekannte Substanz zu identifizieren.
Oft besteht der nächste Schritt bei der Identifizierung einer unbekannten Substanz darin, die Summenformel anhand der Summenformel zu bestimmen. Um diesen Schritt zu unterstützen, wird häufig ein Massenspektrometer verwendet, da das Massenspektrometer die Komponenten nach ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis trennt. Somit kann dann die Masse des Moleküls zur Bestimmung der Summenformel herangezogen werden.
Sie haben gerade die Einführung von JoVE in die empirische Formel gesehen. Sie sollten nun verstehen, was die empirische Formel eines Stoffes ist, wie sie sich von der Summenformel unterscheidet und wie man sie im Labor bestimmt.
Danke fürs Zuschauen!
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Q1: What is the difference between empirical and molecular formulas?
The empirical formula shows the smallest whole-number ratio of elements in a compound, while the molecular formula represents the actual number of atoms of each type. For example, hydrogen peroxide has an empirical formula of H-O but a molecular formula of H2O2. Both formulas describe the same compound but at different levels of detail.
Q2: How does the law of conservation of mass apply to determining empirical formulas?
The law of conservation of mass states that mass cannot be created or destroyed in a chemical reaction. This principle allows chemists to use gravimetric analysis, tracking mass changes during reactions, to determine empirical formulas. By measuring the mass of each component before and after heating or reaction, the mass ratio of elements can be calculated accurately.
Q3: What are hydrates and how do they differ from anhydrous compounds?
Hydrates are chemical compounds with water molecules attached but not covalently bonded. When heated, hydrates lose their water and become anhydrous, or without water. Hydrates and anhydrous compounds have unique physical properties because their molecules organize differently, which is why copper chloride hydrate changes from blue-green to red-brown when heated.
Q4: What is a structural formula and how does it relate to other chemical formulas?
A structural formula shows the number of each type of atom and the bonds between them, using single lines to represent chemical bonds. Unlike the empirical formula, which shows only ratios, or the molecular formula, which shows actual atom counts, the structural formula reveals how atoms are connected. For hydrogen peroxide, the structural formula is H-O-O-H.
Q5: How do you calculate the empirical formula from experimental mass data?
Convert the mass of each component to moles using molar mass values. Then divide each mole value by the smallest number of moles in the sample. The resulting whole-number ratio is the empirical formula. For copper chloride hydrate, this process yields CuCl2·2H2O, indicating two moles of chloride and two moles of water per mole of copper.
Q6: Why is determining the empirical formula important in forensic chemistry?
Forensic chemists use empirical formulas to identify unknown substances like drugs and poisons found at crime scenes. Once the empirical formula is determined, a mass spectrometer can separate components by their mass-to-charge ratio to find the molecular mass. This information helps determine the molecular formula and identify the unknown substance.
Q7: What experimental steps are needed to determine the empirical formula of a copper chloride hydrate?
Dry the crucible, weigh the hydrate sample, heat until color changes from blue-green to red-brown, cool in a desiccator, and measure the anhydrous mass. Dissolve the sample, add aluminum to reduce copper ions to solid metal, filter and dry the copper. Measure all masses to calculate moles and determine the empirical formula using molar mass conversions.