経験式を決定します。
ソース: 環境科学および林業のニューヨーク州立大学博士ニール エイブラムス講座
何かの化学実験室で毎日心では化合物の化学式を決定します。この決定を支援する多くのツールがありますが、経験式の決定である最も簡単な (そして最も正確) の一つ。なぜこれが便利なのか。質量保存の法則のため任意の反応は重量測定…
1. 水和物の脱水
- 正確に塩化銅水和物のサンプルの重量を量るし、乾燥と tared るつぼに入れます。るつぼは吸着した水分を駆動する 120 ° c 乾燥していることが重要です。一般に、化合物の 1-2 g で十分です。
- 緑がかった青から色が変わるまで、ブンゼン バーナーやその他の火炎のソースを使用してサンプルを熱に赤褐色 (図 1)。この色の変化は、塩化銅の無水の形を表しています。カバーは、飛散防止にるつぼに滞在することができますが、水蒸気をエスケープするを許可するようにわずかに開く必要があります。
- 水は全体のサンプルをオフ駆動色、全体で一定であることを確認するサンプルをかき混ぜます。
- 代わりに、サンプルを 110 ° c. の上の乾燥オーブンに配置できます。
- 乾燥器でサンプルを冷却します。これは水がサンプルを復元することを防ぎます。
- 無水試料の質量を測定します。違いは、加熱時に失われた水和物から水に対応しています。
図 1.セラミックるつぼ、ブンゼン バーナー 。
2. 銅を分離します。
- 100 mL ビーカーにサンプルを転送し、脱イオン水 50 mL に試料を溶解します。ソリューションが青で点灯水和固体より青より通常のもう一度。
- ビーカーにアルミニウム金属の少量 (~0.20 g) を追加します。これは、赤みを帯びた金属を削減する銅とアルミ、無色 Al3 +へ酸化します。Cu2 +イオン形銅0としてソリューションの青い色が消えるはずです。30 分後、銅のすべては固体銅に減るようにアルミの追加の小さな断片を追加します。
- ソリューションには、Al3 +イオン、固体銅とアルミニウムの少量が含まれています。
- 〜 5 mL 6 M 塩酸アルミニウムは両性である、それに反応することができますを意味を追加し、酸または塩基の存在下での溶解によって任意の余分なアルミニウムを溶解します。
- 真空は、あらかじめ重量を量られた濾紙片を含む Büchner 漏斗で無色の溶液をフィルター処理します。無水エタノールでリンスします。空気乾燥 (ないオーブン乾燥) 銅の (II) 酸化物の形成を防ぐためにサンプル。
- 固体差による塩化物イオンの質量を決定する銅の質量を測定します。
3. 計算
- 違いによる塩化物イオンの質量を決定します。
- 混合物の各成分のモル質量を使用すると、各コンポーネントのモグラを決定します。
- 最小整数成分の割合、化合物の実験式として知られているを与える最小のコンポーネントのモルによって各成分のモルを分割します。
化合物の化学式を決定することは、化学者の職業の基本的な側面です。
化学式では、元素記号と数値の下付き文字は、分子内に存在する原子の種類と数を表します。経験式は単純なタイプの化学式であり、分子化合物内の元素間で最小の整数比を提供します。質量保存の法則のため、経験式は元素組成または質量パーセンテージを使用してよく見つかります。
このビデオでは、経験式を紹介し、実験室での簡単な実験を使用して計算する方法を示します。
経験式は、特定の化合物中の各元素の原子の相対数を示すため、最も単純なタイプの化学式です。たとえば、過酸化水素では、酸素の16質量部ごとに水素の1質量部があります。したがって、水素原子ごとに酸素原子が1つあり、経験式はH-Oです。多くの異なる分子が同じ経験式を持つ場合があります。
分子式は経験式に関連しており、化合物中の各タイプの原子の実際の数を表します。たとえば、過酸化水素の分子式はH2O2であり、各分子には2つの水素原子と2つの酸素原子があります。構造式は、各種類の原子の数と、それらの間の結合を示します。1本の線は化学結合を表します。たとえば、過酸化水素の場合、構造式は次のようになります:H-O-O-H。
化合物と水の間に点がある式は、水和物を表しています。水和物は、水分子が結合しているが、共有結合していない化合物です。ハイドレートは、加熱すると水分子を簡単に失い、「無水」になりますか?または「水なし」。水和物と無水化合物は、分子の組織化が異なるため、独自の物理的特性を持っています。
経験式の基本原理が説明されたところで、実験室で塩化銅水和物の経験式を確認してみましょう。
手順を開始するには、るつぼを120以上に乾燥させますか?Cは、吸着した水分を追い払い、その重量を正確に決定します。
塩化銅水和物のサンプルを秤量し、るつぼに入れます。
次に、るつぼ内のサンプルをブンゼンバーナーなどの熱源を使用して加熱します。飛散を防ぐためにるつぼにカバーを置きますが、水蒸気が逃げるように少し開いたままにします。
サンプルが青緑色から赤茶色に変わるまで加熱します。この色の変化は、塩化銅の無水形態を示しています。攪拌して、水がサンプルから追い出され、色が全体的に一貫していることを確認します。
次に、水分補給を防ぐために、サンプルをデシケーターで冷却します。
無水サンプルの質量を正確に測定します。この違いは、加熱時に失われた水分補給の水に相当します。
乾燥したサンプルを250mLのビーカーに移し、150mLの脱イオン水に溶解します。塩化銅が再水和されるため、溶液は再び青色に変わります。
ビーカーにアルミ線の小片を追加します。青色の銅の2プラスは、ワイヤの表面で赤みがかった銅のゼロに減少しますが、アルミニウムは無色のアルミニウム3プラスに酸化します。溶液の青色は反応中に消えます。?
約30分後、追加のアルミニウムを使用して、すべての銅が固体の銅金属に減少したことを確認します。
次に、6M塩酸を約10mL加えてアルミワイヤーを溶解します。
B?chner漏斗と事前に秤量した濾紙を使用して、無色の溶液を真空ろ過します。サンプルを絶対エタノールまたは純粋なエタノールですすいでください。サンプルを風乾させます。
最後に、銅固体の質量を測定します。
塩化銅水和物の経験式を決定するには、まず各成分の質量を計算します。水の質量は、塩化銅水和物の重量から乾燥塩化銅の重量を差し引くことによって決定されます。銅の質量は実験的に発見されました。最後に、塩化物の質量は、サンプルの総質量から銅と水の質量を差し引くことによって求められます。
化合物中の成分の最小整数比を決定するには、モル質量を使用して各成分の質量をモルに変換します。次に、各コンポーネントをサンプル内の最小モル数で割りますか?(この場合は銅)。最小の整数比は、CuCl2?2H2Oの式をもたらします。
化合物の経験式の決定と知識は、化学と研究の多くの分野で重要です。
法医学化学は、法的な環境での化学の応用です。例えば、犯罪現場では、薬物や毒物などの未知の化合物がよく見つかります。法医学者は、未知の物質を特定するためにさまざまな方法を使用します。
多くの場合、未知の物質を特定するための次のステップは、経験式を使用して分子式を決定することです。質量分析計は、質量電荷比によって成分を分離するため、このステップを支援するために頻繁に使用されます。したがって、分子の質量を使用して分子式を決定できます。
JoVEの経験式の紹介をご覧になりました。これで、物質の経験式が何であるか、分子式とどのように異なるか、実験室でそれをどのように決定するかを理解する必要があります。
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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.