Déterminer la formule empirique
Source : Laboratoire du Dr Neal Abrams - SUNY College de foresterie et sciences de l’environnement
Déterminer la formule chimique d’un composé est au…
1. la mise en attente de l’Hydrate
- Peser un échantillon de l’hydrate de chlorure de cuivre et placez-le dans un creuset préalablement séché et taré. Il est important que le creuset est séché au-dessus de 120 ° C pour chasser toute trace d’humidité adsorbée. En règle générale, 1 à 2 g de composé suffira.
- Chauffer l’échantillon à l’aide d’un bec Bunsen ou une autre source de flamme jusqu'à ce qu’elle change de couleur de bleu verdâtre à un rouge-brun (Figure 1). Ce changement de couleur est révélateur de la forme anhydre du chlorure de cuivre. Le couvercle peut rester sur le creuset pour éviter les éclaboussures, mais devrait être légèrement ouverte pour laisser la vapeur d’eau de s’échapper.
- Mélanger l’échantillon afin de s’assurer que l’eau est chassée de la totalité de l’échantillon et la couleur est constante tout au long.
- Comme alternative, l’échantillon peut être placé dans une étuve de séchage au-dessus de 110 ° C.
- Refroidir l’échantillon dans un dessicateur. Cela empêche l’eau de réhydratation de l’échantillon.
- Mesurer la masse de l’échantillon anhydre. La différence correspond à l’eau de l’hydrate qui a été perdue lors du chauffage.
Figure 1. Bec Bunsen avec creuset céramique.
2. isoler cuivre
- Transférer l’échantillon dans un bécher de 100 mL et dissoudre l’échantillon dans 50 mL d’eau désionisée. La solution devrait virer au bleue une fois de plus, en général plus bleu que le solide hydraté.
- Ajouter une petite quantité (~0.20 g) de métal en aluminium dans le bécher. Cela entraînera le cuivre de réduire à un métal rougeâtre, et l’aluminium va s’oxyder Al incolore3 +. La couleur bleue de la solution devrait disparaître sous la forme d’ions Cu2 + Cu0. Après 30 min, ajouter les autres petits morceaux d’aluminium afin d’assurer à tous le cuivre est réduit en cuivre massif.
- La solution contient maintenant Al3 + ions, en cuivre massif et une petite quantité d’aluminium massif.
- Dissoudre n’importe quel excès aluminium en ajoutant environ 5 mL de 6 M HCl. aluminium est amphotère, ce qui signifie qu'il peut réagir et de se dissoudre en présence d’un acide ou une base.
- Aspirateur filtre la solution incolore dans un entonnoir Büchner contenant un morceau pré-pesés de papier filtre. Rincer avec de l’éthanol absolu. Sécher à l’air (pas anhydre) l’échantillon afin d’éviter la formation d’oxyde de cuivre (II).
- Mesurer la masse de cuivre solide pour déterminer la masse de l’ion chlorure par différence.
3. les calculs
- Déterminer la masse de l’ion chlorure par différence :
- La masse molaire de chaque composant du composé permet de déterminer les taupes de chaque composant.
- Diviser les taupes de chaque composant par les taupes du plus petit composant pour indiquer le plus petit nombre entier rapport entre composants, également connu sous le nom de la formule empirique du composé.
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La détermination de la formule chimique d’un composé est un aspect fondamental de la profession d’un chimiste.
Dans une formule chimique, les symboles d’éléments et les indices numériques décrivent les types et le nombre d’atomes présents dans une molécule. La formule empirique est un type simple de formule chimique, qui fournit le plus petit rapport de nombre entier parmi les éléments d’un composé moléculaire. En raison de la loi de conservation de la masse, la formule empirique est souvent utilisée à l’aide de la composition élémentaire ou du pourcentage de masse.
Cette vidéo présentera la formule empirique et montrera comment elle peut être calculée à l’aide d’une expérience simple en laboratoire.
La formule empirique est le type de formule chimique le plus simple, car elle indique le nombre relatif d’atomes de chaque élément dans un composé donné. Par exemple, dans le peroxyde d’hydrogène, il y a une partie en masse d’hydrogène pour 16 parties en masse d’oxygène. Par conséquent, pour chaque atome d’hydrogène, il y a un atome d’oxygène, et la formule empirique est H-O. De nombreuses molécules différentes peuvent avoir la même formule empirique.
La formule moléculaire est liée à la formule empirique et représente le nombre réel d’atomes de chaque type dans un composé. Par exemple, la formule moléculaire du peroxyde d’hydrogène est H2O2, car chaque molécule a deux atomes d’hydrogène et deux atomes d’oxygène. Une formule structurelle indique le nombre de chaque type d’atome et les liaisons entre eux. Les lignes simples représentent une liaison chimique. Par exemple, pour le peroxyde d’hydrogène, la formule structurelle ressemble à ceci : H-O-O-H.
Les formules avec un point entre le composé et l’eau décrivent les hydrates. Les hydrates sont des composés chimiques auxquels des molécules d’eau sont attachées, mais qui ne sont pas liées de manière covalente. Les hydrates perdent facilement leurs molécules d’eau lors du chauffage et deviennent « anhydres », ou « sans eau ». Les hydrates et les composés anhydres ont des propriétés physiques uniques, car les molécules s’organisent différemment.
Maintenant que les principes de base de la formule empirique ont été expliqués, confirmons la formule empirique d’un hydrate de chlorure de cuivre en laboratoire.
Pour commencer la procédure, séchez le creuset au-dessus de 120 °C. C pour chasser toute humidité adsorbée et déterminer avec précision son poids.
Pesez un échantillon d’hydrate de chlorure de cuivre et placez-le dans le creuset.
Ensuite, chauffez l’échantillon dans le creuset à l’aide d’une source de chaleur, telle qu’un bec Bunsen. Placez le couvercle sur le creuset pour éviter les éclaboussures, mais gardez-le légèrement ouvert pour permettre à la vapeur d’eau de s’échapper.
Chauffez l’échantillon jusqu’à ce qu’il soit passé d’une couleur bleu-vert à une couleur rouge-brun. Ce changement de couleur est indicatif de la forme anhydre du chlorure de cuivre. Remuez pour vous assurer que l’eau a été chassée de l’échantillon et que la couleur est uniforme partout.
Ensuite, refroidissez l’échantillon dans un dessiccateur, pour éviter la réhydratation.
Mesurez avec précision la masse de l’échantillon anhydre. La différence correspond aux eaux d’hydratation qui ont été perdues lors du chauffage.
Transférez l’échantillon séché dans un bécher de 250 ml et dissolvez-le dans de l’eau déminéralisée de 150 ml. La solution doit redevenir bleue, car le chlorure de cuivre est réhydraté.
Ajoutez un petit morceau de fil d’aluminium dans le bécher. Le cuivre bleu deux plus se réduira à un zéro de cuivre rougeâtre à la surface du fil, tandis que l’aluminium s’oxydera en aluminium incolore trois plus. La couleur bleue de la solution disparaîtra pendant la réaction.
Après environ 30 minutes, utilisez de l’aluminium supplémentaire pour vous assurer que tout le cuivre s’est réduit à un métal de cuivre solide.
Ensuite, ajoutez environ 10 ml d’acide chlorhydrique 6 M pour dissoudre le fil d’aluminium.
À l’aide d’un entonnoir B ?chner et d’un papier filtre pré-pesé, filtrez sous vide la solution incolore. Rincez l’échantillon avec de l’éthanol absolu ou pur. Laissez l’échantillon sécher à l’air.
Enfin, mesurez la masse du solide de cuivre.
Pour déterminer la formule empirique de l’hydrate de chlorure de cuivre, calculez d’abord la masse de chaque composant. La masse d’eau est déterminée en soustrayant le poids du chlorure de cuivre séché du poids de l’hydrate de chlorure de cuivre. La masse de cuivre a été trouvée expérimentalement. Enfin, la masse de chlorure est déterminée en soustrayant la masse de cuivre et d’eau de la masse totale de l’échantillon.
Pour déterminer le plus petit rapport entier de composants dans le composé, convertissez la masse de chaque composant en moles à l’aide de la masse molaire. Divisez ensuite chaque composant par le plus petit nombre de moles de l’échantillon ? (cuivre dans ce cas). Le plus petit rapport de nombres entiers donne la formule de CuCl2?2H2O.
La détermination et la connaissance de la formule empirique d’un composé sont importantes dans de nombreux domaines de la chimie et de la recherche.
La chimie médico-légale est l’application de la chimie dans un cadre juridique. Par exemple, des composés inconnus, tels que des drogues et des poisons, sont souvent trouvés sur les scènes de crime. Les chimistes légistes utilisent un large éventail de méthodes pour identifier la substance inconnue.
Souvent, l’étape suivante dans l’identification d’une substance inconnue consiste à utiliser la formule empirique pour déterminer la formule moléculaire. Un spectromètre de masse est fréquemment utilisé pour faciliter cette étape, car le spectromètre de masse sépare les composants en fonction de leur rapport masse/charge. Ainsi, la masse de la molécule peut ensuite être utilisée pour déterminer la formule moléculaire.
Vous venez de regarder l’introduction de JoVE à la formule empirique. Vous devriez maintenant comprendre ce qu’est la formule empirique d’une substance, en quoi elle diffère de la formule moléculaire et comment la déterminer en laboratoire.
Merci d’avoir regardé !
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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.