3.9: 실험을 통한 화학식 측정

화합물의 원소 메이크업은 화학적 정체성을 정의하며 화학 포뮬러는 이 원소 메이크업을 나타내는 가장 간결한 방법입니다. 화합물의 공식이 알려지지 않은 경우 구성 요소의 질량을 측정하는 것은 종종 수식을 실험적으로 결정하는 첫 번째 단계입니다.

경험적 수식 의 결정

화합물의 화학 공식을 결정하는 가장 일반적인 접근 방식은 먼저 성분 요소의 질량을 측정하는 것입니다. 그러나, 화학 수식상대 적인 숫자를 나타냅니다 및 물질에 원자의 질량. 따라서 질량을 포함하는 모든 실험적으로 파생된 데이터는 화합물내의 상응하는 원자 수를 얻기 위해 사용해야 한다. 이것은 어금니 덩어리를 사용하여 각 요소의 질량을 두더지 의 수로 변환합니다. 이러한 어금반 양은 물질의 경험적 공식을 도출하는 데 사용할 수 있는 전체 숫자 비율을 계산하는 데 사용됩니다.

탄소 1.71그램과 0.287그램의 수소를 함유하기로 결정한 화합물의 샘플을 고려하십시오. 원자의 해당 수는 탄소의 0.142 두더지와 수소의 0.284 두더지입니다. 따라서, 이 화합물은 포뮬러 C_0.142H_0.284로나타낼 수 있다. 규칙당 수식에는 각 하위 스크립트를 가장 작은 하위 스크립트(0.142)로 나누어 얻을 수 있는 전체 숫자 하위 스크립트가 포함되어 있습니다. 이 화합물에 대한 경험적 포뮬러는 따라서 CH_2이다. “1”의 하위 스크립트는 작성되지 않고 다른 번호가 없는 경우 가정됩니다. 이것은 화합물의 분자 포뮬러일 수도 또는 그렇지 않을 수도 있습니다. 그러나 이러한 결정을 내리기 위해서는 추가 정보가 필요합니다.

두 번째 예로, 화합물의 샘플은 5.31 그램의 염소와 8.40 그램의 산소를 함유하는 것으로 결정됩니다. 동일한 접근 방식은 ClO_3.5의잠정적인 경험적 공식을 산출합니다. 이 경우 가장 작은 하위 스크립트로 나누는 것은 여전히 경험적 수식에 소수체를 남깁니다. 이를 전체 숫자로 변환하려면 각 하위 스크립트를 2개로 곱하여 동일한 원자 비율을 유지하고 Cl₂O_7을 최종 경험적 수식으로 산출합니다.

백분율 구성에서 경험적 수식 을 도출

화합물의 백분율 조성이 가능한 경우 화합물에 존재하는 원소의 질량을 계산하는 데 사용됩니다. 백분율의 배율이 100이기 때문에 100g의 샘플에 존재하는 요소의 질량을 계산하는 것이 편리합니다. 얻어진 질량은 경험적 공식을 도출하는 데 사용됩니다.

예를 들어, 기체 화합물이 27.29% C 및 72.71% O를 함유한다고 가정합니다. 따라서 질량 백분율은 분수로 표시됩니다.

탄소 질량인 27.29g은 탄소 2.272두개의 두더지와 일치하며, 산소 의 질량인 72.71g은 4.544개의 산소 두더지와 일치한다. 따라서 대표적인 공식은 C_2.272O_{4.544입니다.} 각 하위 스크립트를 2.272로 나누면 경험적 공식인 CO_2.

분자 포뮬러의 파생

공유 화합물의 단일 분자를 구성하는 원자의 절대 수를 결정하는 것은 그것의 경험적인 공식 및 그것의 분자 질량 또는 어금니 질량 둘 다의 지식이 필요합니다. 이러한 수량은 다양한 측정 기술에 의해 실험적으로 결정될 수 있다. 분자 질량은, 예를 들어, 종종 화합물의 질량 스펙트럼으로부터 파생된다.

분자 포뮬러는 화합물의 어금니 질량 또는 분자 질량을 경험적 포뮬러 질량과 비교하여 파생됩니다. 이름에서 알 수 있듯이, 경험적 공식 질량은 경험적 공식으로 표현된 모든 원자의 평균 원자 질량의 합입니다. 물질의 공지된 어금니 질량이 경험적 수식 질량으로 나뉘면, 분자당 경험적수식 단위의 수를 산출한다(n).

분자 포뮬러는 일반 경험적 포뮬러 A_xB_y에의해 도시된 바와 같이, 경험적 포뮬러에서 각 하위 스크립트를 n에곱하여 얻어진다.

예를 들어, 공유 화합물의 경험적 포뮬러는 CH₂O로 결정되고, 그 경험적 포뮬러 질량은 약 30개의 무루이다. 화합물의 분자 질량이 180 amu로 결정되면, 이것은 이 화합물의 분자가 경험적 포뮬러에서 표현되는 원자의 6배를 포함하고 있음을 나타낸다.

이 화합물의 분자는 경험적 포뮬러에 있는 그들 보다 6 배 더 큰 하위 스크립트를 가진 분자 포뮬러로 표현됩니다: (CH₂O)₆ = C₆H₁₂O_6.

이 텍스트는 Openstax, 화학 2e, 섹션 3.2: 경험및 분자 수식 결정에서 채택됩니다.