Determinar la fórmula empírica

General Chemistry

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Overview

Fuente: Laboratorio de Dr. Neal Abrams - SUNY College de silvicultura y ciencias ambientales

Determinar la fórmula química de un compuesto está en el corazón de lo que químicos en el laboratorio todos los días. Muchas herramientas están disponibles para ayudar en esta determinación, pero uno de los más simple (y más exacta) es la determinación de la fórmula empírica. ¿Por qué es útil? Debido a la ley de conservación de la masa, cualquier reacción se puede seguir gravimétrico o por cambio de masa. La fórmula empírica proporciona el más pequeño número entero cociente entre elementos (o compuestos) dentro de un compuesto molecular. En este experimento, el Análisis gravimétrico se utilizará para determinar la fórmula empírica de hidrato del cloruro de cobre, CuxCly·nH2O.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Fundamentos de química general. Determinar la fórmula empírica. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

Los hidratos son compuestos químicos que tienen las moléculas de agua (pero no covalente consolidado) al compuesto. Fórmulas que son hidratados son simbolizados por un punto ("·") entre el compuesto y la molécula de agua. Hidratos fácilmente pierden las moléculas de agua al calentarse, dejando atrás el anhidro (sin agua) compuesto. En este caso, sería cloruro de cobre, CuxCly. La diferencia de masa entre las formas de la sal anhidras e hidratadas corresponde a la masa y moles de agua en el producto químico compuesto CuxCly· nH2O. El cloruro de cobre anhidro es luego disuelto en agua, y cobre se elimina a través de una reacción redox con aluminio a cobre sólido forma. La diferencia en masa entre el hidrato del cloruro de cobre total y la suma de las moléculas de agua y metal cobre reducidas corresponde a la masa de cloruro en la muestra. La masa de cada componente (Cu, Cl, H2O) se convierte en moles, por el que la ley de proporciones múltiples permite el uso de una proporción para determinar la fórmula empírica del compuesto. La verdadera fórmula química del compuesto no puede ser determinada sin saber su masa molecular, pero la relación siempre seguirá siendo el mismo.

Procedure

1. deshidratación de la hidratación

  1. Exactamente pesar una muestra de hidrato del cloruro de cobre y lo coloca en un crisol previamente secado y tarado. Es importante que el crisol se seca por encima de 120 ° C para eliminar cualquier humedad adsorbida. Por lo general, basta 1-2 g de compuesto.
  2. Calentar la muestra utilizando un mechero Bunsen u otra fuente de llama hasta que cambia de color de azul verdoso a un marrón rojizo (figura 1). Este cambio de color es indicativo de la forma anhidra de cloruro de cobre. La cubierta puede permanecer en el crisol para evitar salpicaduras, pero debe abrirse un poco para permitir que el vapor de agua a escapar.
    1. Agite la muestra para asegurar que el agua es eliminado de toda la muestra y el color es constante a lo largo.
    2. Como alternativa, puede colocar la muestra en un horno de secado por encima de 110 ° C.
  3. Enfriar la muestra en un desecador. Esto evita que el agua de rehidratar la muestra.
  4. Medir la masa de la muestra anhidra. La diferencia corresponde al agua de la hidratación que se perdió al calentarse.

Figure 1
Figura 1. Mechero de Bunsen con crisol.

2. aislamiento de cobre

  1. Transferir la muestra a un vaso de precipitados de 100 mL y disolver la muestra en 50 mL de agua desionizada. La solución debe resultar azul una vez más, por lo general más azul que el sólido hidratado.
  2. Añadir una pequeña cantidad (~0.20 g) de metal de aluminio en el vaso. Esto hará que el cobre reducir a un metal de color rojizo, y el aluminio se oxida a incoloro Al3 +. El color azul de la solución debería desaparecer como la forma de los iones de Cu2 + Cu0. Después de 30 min, añadir más piezas pequeñas de aluminio para asegurar todo el cobre se reduce a cobre sólido.
    1. La solución ahora contiene Al3 + iones cobre sólido y una pequeña cantidad de aluminio sólido.
  3. Disolver cualquier exceso aluminio agregando ~ 5 mL de 6 M HCl. aluminio es anfótero, lo que significa que puede reaccionar y se disuelven en presencia de un ácido o una base.
  4. Filtro de vacío la solución descolorida en un embudo de Büchner, que contiene una pieza previamente pesada de papel de filtro. Enjuagar con etanol absoluto. Aire seco (no horno seco) la muestra para evitar la formación de óxido de cobre (II).
  5. Medir la masa del cobre sólido para determinar la masa del ion cloruro por diferencia.

3. cálculos

  1. Determinar la masa del ion cloruro por diferencia:
    Equation 1
  2. Utilice la masa molar de cada componente del compuesto para determinar los moles de cada componente.
  3. Dividir los moles de cada componente de los topos del componente más pequeño para dar la proporción de número entero más pequeño de componentes, también conocida como la fórmula empírica del compuesto.

Determinar la fórmula química de un compuesto es un aspecto fundamental de la ocupación de una farmacia.

En una fórmula química, elemento símbolos y subíndices numéricos describen los tipos y número de átomos presentes en una molécula. La fórmula empírica es un tipo simple de fórmula química, que proporciona la relación de números enteros más pequeña entre elementos en un compuesto molecular. Debido a la ley de conservación de la masa, la fórmula empírica se encuentra a menudo con composición elemental o porcentaje de masa.

Este video se introduce la fórmula empírica y demostrar cómo se puede calcular mediante un simple experimento en el laboratorio.

La fórmula empírica es el tipo más simple de fórmula química, como lo muestra el número relativo de átomos de cada elemento en un compuesto dado. Por ejemplo, en peróxido de hidrógeno, hay una parte en masa de hidrógeno por cada 16 partes en masa de oxígeno. Por lo tanto para cada átomo de hidrógeno es un átomo de oxígeno, y la fórmula empírica es H O. Muchas moléculas diferentes pueden tener la misma fórmula empírica.

La fórmula molecular se relaciona con la fórmula empírica y representa el número real de átomos de cada tipo en un compuesto. Por ejemplo, la fórmula molecular del peróxido de hidrógeno es H2O2, ya que cada molécula tiene dos átomos de hidrógeno y dos átomos de oxígeno. Una fórmula estructural muestra el número de cada tipo de átomo y los lazos entre ellos. Líneas individuales representan un enlace químico. Por ejemplo, para el peróxido de hidrógeno el fórmula estructural se ve así: H-O-O-H.

Fórmulas con un punto entre el compuesto y agua hidratos. Los hidratos son compuestos químicos que tienen las moléculas de agua conectados, pero no covalentemente. Hidratos fácilmente pierden sus moléculas de agua al calentarse y convertirse en "anhidro", o "sin"agua. Compuestos anhidros e hidratos tienen características físicas únicas, como las moléculas se organizan diferentemente.

Ahora que se han explicado los principios básicos de la fórmula empírica, permite confirmar la fórmula de un hidrato del cloruro de cobre en el laboratorio.

Para comenzar el procedimiento, secar el crisol superior a 120 ° C para eliminar cualquier humedad adsorbida y determinar con exactitud su peso.

Pesar una muestra de un hidrato del cloruro de cobre y colóquelo en el crisol.

A continuación, calentar la muestra en el crisol usando una fuente de calor como un mechero de Bunsen. Coloque la tapa en el crisol para ayudar a evitar salpicaduras, pero mantenerla abierta ligeramente para permitir que el vapor de agua a escapar.

Calentar la muestra hasta que ha cambiado de un color azul verdoso a un color rojo marrón. Este cambio de color es indicativo de la forma anhidra de cloruro de cobre. Remover para que el agua ha sido expulsado de la muestra, y el color es constante a lo largo.

A continuación, enfriar la muestra en un desecador para evitar rehidratación.

Medir con precisión la masa de la muestra anhidra. La diferencia corresponde a la aguas de hidratación que se perdieron al calentarse.

Transferir la muestra seca en un vaso de precipitados de 250 mL y disolver en 150 mL de agua desionizada. La solución debe virar a azul otra vez, como el cloruro de cobre es rehidratado.

Agregue un trozo pequeño de alambre de aluminio en el vaso. El plus dos cobre azul reducirá a cero cobre rojizo en la superficie del alambre, mientras que el aluminio se oxida al descolorido aluminio tres más. El color azul de la solución desaparecerá durante la reacción.

Después de unos 30 min, utilizar aluminio adicional para asegurar que todo el cobre ha reducido a un metal de cobre sólido.

A continuación, agregar aproximadamente 10 mL de ácido clorhídrico de 6 M para disolver el alambre de aluminio.

Usando un Büchner embudo y papel de filtro previamente pesado, vacío filtran la solución descolorida. Enjuague la muestra con etanol absoluto o puro. Permita que la muestra a secar al aire.

Por último, medir la masa del cobre sólido.

Para determinar la fórmula empírica de hidrato del cloruro de cobre, primero calcular la masa de cada componente. La masa de agua se determina restando el peso del secada cloruro de cobre por el peso de los hidratos de cloruro de cobre. La masa de cobre se encontró experimentalmente. Por último, la masa de cloruro se encuentra restando la masa del cobre y del agua de la masa total de la muestra.

Para determinar la proporción de número entero más pequeño de componentes en el recinto, convertir la masa de cada componente a moles utilizando la masa molar. Entonces divida cada componente por el número más pequeño de moles en la muestra (en este caso de cobre). La relación de números enteros más pequeña da la fórmula de CuCl2· 2H2O.

La determinación y conocimiento de la fórmula empírica de un compuesto es importante en muchas áreas de la química y la investigación.

Química Forense es la aplicación de la química en un ajuste legal. Por ejemplo, compuestos desconocidos, tales como drogas y venenos, se encuentran a menudo en escenas de crímenes. Químicos forenses utilizan una amplia gama de métodos para identificar la sustancia desconocida.

A menudo, el siguiente paso en la identificación de una sustancia desconocida es utilizar la fórmula empírica para determinar la fórmula molecular. Un espectrómetro de masas se utiliza con frecuencia para ayudar en este paso, como el espectrómetro de masas separa los componentes por su proporción de masa a carga. Así, la masa de la molécula puede utilizarse entonces para determinar la fórmula molecular.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a la fórmula empírica. Ahora debería entender cuál es la fórmula empírica de una sustancia, cómo se diferencia de la fórmula molecular y cómo determinar en el laboratorio.

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Results

  1. Experimento
    1. 1,25 g de hidrato del cloruro de cobre en un crisol de calor. Después de la calefacción y refrigeración entonces, la masa final es 0,986 g de cloruro de cobre CuxCly.
    2. Disolver la muestra de CuxCly en 50 mL de agua desionizada y agregue 0.2 g de aluminio fina malla en el vaso.
    3. Después de reaccionar y disolviendo el exceso de aluminio, 0,198 g de metal de cobre seco se recupera.
    4. Restar la masa del cobre y del agua de la hidratación inicial de cloruro de cobre para producir la masa de ion cloruro en la muestra:
      Equation 2
  2. Datos
    1. Para determinar la proporción de número entero más pequeño de componentes en el recinto, convertir la masa de cada componente a moles y luego dividir por el menor número de moles en la muestra (cobre en este caso):
    Componente Masa (g) Masa molar (g/mol) Topos Relación de Calcula el cociente de números enteros
    Cobre 0.479 63.55 7.53 x 10-3 Equation 3 1
    Cloruro de 0.533 35.45 1.50 x 10-2 Equation 4 1.99 ≈ 2
    Agua 0.273 18.01 1.51 x 10-2 Equation 5 2.01 ≈ 2

    Tabla 1. Resultados experimentales.

    1. La proporción de número entero más pequeño que produce una fórmula de CuCl2· 2H2O.
      1. En el caso de la relación final rinde valores decimales, la fórmula entera multiplicada por una constante dar valores de números enteros. Valores fraccionarios comunes son 0.25, 0.333, 0.50, 0.667 y 0.75. Por ejemplo, si una proporción de número entero más pequeño producida la fórmula rindió C7H9NO2.5, la fórmula entera sería multiplicada por 2 para dar la fórmula empírica C14H18N2O5.
    2. No puede determinarse una fórmula molecular de la fórmula empírica sin saber la masa molecular del compuesto. La razón de esto se demuestra en el ejemplo siguiente:
    Nombre Fórmula molecular Fórmula empírica
    Ácido acético CH3COOH CH2oh
    Formaldehído CH2oh CH2oh
    Glucosa C6H12O6 CH2oh

    Tabla 2. Ejemplo de una fórmula común.

    Los tres compuestos tienen la misma fórmula empírica, pero muy diferentes fórmulas moleculares.

Applications and Summary

En un ejemplo, supongamos que un desconocido biomolécula que contiene solamente C, H, y O se encuentra actuar así como un nuevo combustible. Una forma de determinar la fórmula del combustible sería quemar lo en el aire y analizar los productos:

CxHyOz + O2 → mCO2 + nH2O

O2 es en exceso, sabemos que todo el carbono en el CO2 que se originó de las biomoléculas y el hidrógeno estaría presente en el H2O. La diferencia entre que la masa total y la masa de muestra inicial sería la masa de oxígeno en la molécula. Entonces podríamos convertir a moles y determinar la fórmula empírica.

En otro ejemplo, una muestra de hidrato de magnesioxCly· nH2O se da. Otra vez la masa de las moléculas de agua se determinará fácilmente calentando. Usar algunas reglas de solubilidad, cloruro luego se precipita con ion plata, Ag+, para formar AgCl(s). Una vez que se encuentra la masa de AgCl(s) , los moles de Cl son determinados utilizando la masa molar del AgCl(s) y luego se convierte a gramos de Cl. Esto nos permitiría determinar la masa de Mg en la muestra seguida de la fórmula empírica.

Determinar una fórmula empírica está en el centro de identificación de la fórmula de la molécula real. De productos farmacéuticos forense, determinación de una fórmula molecular es clave para identificar un compuesto desconocido, que significa tomar la fórmula empírica para el siguiente paso. Por lo general, la determinación de una fórmula empírica es junto con el análisis elemental para obtener información porcentual de peso elemental. De estos datos, se calculan los cocientes molares y se determina la fórmula empírica. Podemos determinar la masa de la molécula utilizando otro instrumento analítico, como un espectrómetro de masas. Luego, se calcula el cociente entre la masa molecular y la masa empírica para determinar la fórmula molecular real.

1. deshidratación de la hidratación

  1. Exactamente pesar una muestra de hidrato del cloruro de cobre y lo coloca en un crisol previamente secado y tarado. Es importante que el crisol se seca por encima de 120 ° C para eliminar cualquier humedad adsorbida. Por lo general, basta 1-2 g de compuesto.
  2. Calentar la muestra utilizando un mechero Bunsen u otra fuente de llama hasta que cambia de color de azul verdoso a un marrón rojizo (figura 1). Este cambio de color es indicativo de la forma anhidra de cloruro de cobre. La cubierta puede permanecer en el crisol para evitar salpicaduras, pero debe abrirse un poco para permitir que el vapor de agua a escapar.
    1. Agite la muestra para asegurar que el agua es eliminado de toda la muestra y el color es constante a lo largo.
    2. Como alternativa, puede colocar la muestra en un horno de secado por encima de 110 ° C.
  3. Enfriar la muestra en un desecador. Esto evita que el agua de rehidratar la muestra.
  4. Medir la masa de la muestra anhidra. La diferencia corresponde al agua de la hidratación que se perdió al calentarse.

Figure 1
Figura 1. Mechero de Bunsen con crisol.

2. aislamiento de cobre

  1. Transferir la muestra a un vaso de precipitados de 100 mL y disolver la muestra en 50 mL de agua desionizada. La solución debe resultar azul una vez más, por lo general más azul que el sólido hidratado.
  2. Añadir una pequeña cantidad (~0.20 g) de metal de aluminio en el vaso. Esto hará que el cobre reducir a un metal de color rojizo, y el aluminio se oxida a incoloro Al3 +. El color azul de la solución debería desaparecer como la forma de los iones de Cu2 + Cu0. Después de 30 min, añadir más piezas pequeñas de aluminio para asegurar todo el cobre se reduce a cobre sólido.
    1. La solución ahora contiene Al3 + iones cobre sólido y una pequeña cantidad de aluminio sólido.
  3. Disolver cualquier exceso aluminio agregando ~ 5 mL de 6 M HCl. aluminio es anfótero, lo que significa que puede reaccionar y se disuelven en presencia de un ácido o una base.
  4. Filtro de vacío la solución descolorida en un embudo de Büchner, que contiene una pieza previamente pesada de papel de filtro. Enjuagar con etanol absoluto. Aire seco (no horno seco) la muestra para evitar la formación de óxido de cobre (II).
  5. Medir la masa del cobre sólido para determinar la masa del ion cloruro por diferencia.

3. cálculos

  1. Determinar la masa del ion cloruro por diferencia:
    Equation 1
  2. Utilice la masa molar de cada componente del compuesto para determinar los moles de cada componente.
  3. Dividir los moles de cada componente de los topos del componente más pequeño para dar la proporción de número entero más pequeño de componentes, también conocida como la fórmula empírica del compuesto.

Determinar la fórmula química de un compuesto es un aspecto fundamental de la ocupación de una farmacia.

En una fórmula química, elemento símbolos y subíndices numéricos describen los tipos y número de átomos presentes en una molécula. La fórmula empírica es un tipo simple de fórmula química, que proporciona la relación de números enteros más pequeña entre elementos en un compuesto molecular. Debido a la ley de conservación de la masa, la fórmula empírica se encuentra a menudo con composición elemental o porcentaje de masa.

Este video se introduce la fórmula empírica y demostrar cómo se puede calcular mediante un simple experimento en el laboratorio.

La fórmula empírica es el tipo más simple de fórmula química, como lo muestra el número relativo de átomos de cada elemento en un compuesto dado. Por ejemplo, en peróxido de hidrógeno, hay una parte en masa de hidrógeno por cada 16 partes en masa de oxígeno. Por lo tanto para cada átomo de hidrógeno es un átomo de oxígeno, y la fórmula empírica es H O. Muchas moléculas diferentes pueden tener la misma fórmula empírica.

La fórmula molecular se relaciona con la fórmula empírica y representa el número real de átomos de cada tipo en un compuesto. Por ejemplo, la fórmula molecular del peróxido de hidrógeno es H2O2, ya que cada molécula tiene dos átomos de hidrógeno y dos átomos de oxígeno. Una fórmula estructural muestra el número de cada tipo de átomo y los lazos entre ellos. Líneas individuales representan un enlace químico. Por ejemplo, para el peróxido de hidrógeno el fórmula estructural se ve así: H-O-O-H.

Fórmulas con un punto entre el compuesto y agua hidratos. Los hidratos son compuestos químicos que tienen las moléculas de agua conectados, pero no covalentemente. Hidratos fácilmente pierden sus moléculas de agua al calentarse y convertirse en "anhidro", o "sin"agua. Compuestos anhidros e hidratos tienen características físicas únicas, como las moléculas se organizan diferentemente.

Ahora que se han explicado los principios básicos de la fórmula empírica, permite confirmar la fórmula de un hidrato del cloruro de cobre en el laboratorio.

Para comenzar el procedimiento, secar el crisol superior a 120 ° C para eliminar cualquier humedad adsorbida y determinar con exactitud su peso.

Pesar una muestra de un hidrato del cloruro de cobre y colóquelo en el crisol.

A continuación, calentar la muestra en el crisol usando una fuente de calor como un mechero de Bunsen. Coloque la tapa en el crisol para ayudar a evitar salpicaduras, pero mantenerla abierta ligeramente para permitir que el vapor de agua a escapar.

Calentar la muestra hasta que ha cambiado de un color azul verdoso a un color rojo marrón. Este cambio de color es indicativo de la forma anhidra de cloruro de cobre. Remover para que el agua ha sido expulsado de la muestra, y el color es constante a lo largo.

A continuación, enfriar la muestra en un desecador para evitar rehidratación.

Medir con precisión la masa de la muestra anhidra. La diferencia corresponde a la aguas de hidratación que se perdieron al calentarse.

Transferir la muestra seca en un vaso de precipitados de 250 mL y disolver en 150 mL de agua desionizada. La solución debe virar a azul otra vez, como el cloruro de cobre es rehidratado.

Agregue un trozo pequeño de alambre de aluminio en el vaso. El plus dos cobre azul reducirá a cero cobre rojizo en la superficie del alambre, mientras que el aluminio se oxida al descolorido aluminio tres más. El color azul de la solución desaparecerá durante la reacción.

Después de unos 30 min, utilizar aluminio adicional para asegurar que todo el cobre ha reducido a un metal de cobre sólido.

A continuación, agregar aproximadamente 10 mL de ácido clorhídrico de 6 M para disolver el alambre de aluminio.

Usando un Büchner embudo y papel de filtro previamente pesado, vacío filtran la solución descolorida. Enjuague la muestra con etanol absoluto o puro. Permita que la muestra a secar al aire.

Por último, medir la masa del cobre sólido.

Para determinar la fórmula empírica de hidrato del cloruro de cobre, primero calcular la masa de cada componente. La masa de agua se determina restando el peso del secada cloruro de cobre por el peso de los hidratos de cloruro de cobre. La masa de cobre se encontró experimentalmente. Por último, la masa de cloruro se encuentra restando la masa del cobre y del agua de la masa total de la muestra.

Para determinar la proporción de número entero más pequeño de componentes en el recinto, convertir la masa de cada componente a moles utilizando la masa molar. Entonces divida cada componente por el número más pequeño de moles en la muestra (en este caso de cobre). La relación de números enteros más pequeña da la fórmula de CuCl2· 2H2O.

La determinación y conocimiento de la fórmula empírica de un compuesto es importante en muchas áreas de la química y la investigación.

Química Forense es la aplicación de la química en un ajuste legal. Por ejemplo, compuestos desconocidos, tales como drogas y venenos, se encuentran a menudo en escenas de crímenes. Químicos forenses utilizan una amplia gama de métodos para identificar la sustancia desconocida.

A menudo, el siguiente paso en la identificación de una sustancia desconocida es utilizar la fórmula empírica para determinar la fórmula molecular. Un espectrómetro de masas se utiliza con frecuencia para ayudar en este paso, como el espectrómetro de masas separa los componentes por su proporción de masa a carga. Así, la masa de la molécula puede utilizarse entonces para determinar la fórmula molecular.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a la fórmula empírica. Ahora debería entender cuál es la fórmula empírica de una sustancia, cómo se diferencia de la fórmula molecular y cómo determinar en el laboratorio.

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