Kimyasal Formülün Deneysel Olarak Belirlenmesi

Bir bileşiğin elemental içeriği kimyasal kimliğini tanımlar ve kimyasal formüller bu elemental içeriği temsil etmenin en özlü yoludur. Bir bileşiğin formülü bilinmediğinde, kurucu elemanlarının kütlesini ölçmek genellikle formülü deneysel olarak belirlemede ilk adımdır.

Ampirik Formüllerin Belirlenmesi

Bir bileşiğin kimyasal formülünü belirlemede en yaygın yaklaşım, önce kurucu elementlerin kütlelerini ölçmektir. Bununla birlikte, kimyasal formüller, maddedeki atom kütlelerini değil, nispi sayıları temsil eder. Bu nedenle, kütle içeren deneysel olarak türetilmiş herhangi bir veri, bileşikteki karşılık gelen atom sayısını elde etmek için kullanılmalıdır. Bu ise her bir elementin kütlesini mol sayısına dönüştürmek için molar kütleler kullanılarak gerçekleştirilir. Bu molar miktarlar, maddenin ampirik formülünü elde etmek için kullanılabilecek tam sayı oranlarını hesaplamak için kullanılır.

1,71 gram karbon ve 0,287 gram hidrojen içerdiği belirlenen bir bileşik örneğini düşünün. Karşılık gelen atom sayıları 0,142 mol karbon ve 0,284 mol hidrojendir. Böylece bu bileşik C_0,142H_0,284 şeklinde formülize edilebilir. Kural olarak formüller, her bir alt simgeyi en küçük alt simgeye (0,142) bölerek elde edilebilen tam sayı alt simgelerini içerir. Bu nedenle, bu bileşik için ampirik formül CH ₂ şeklinde yazılabilir. “1” alt simgeleri yazılmaz, ancak başka bir sayı yoksa 1 olduğu varsayılır. Bu bileşiğin moleküler formülü olabilir veya olmayabilir; bununla birlikte, bu tayini yapmak için ek bilgilere ihtiyaç vardır.

İkinci bir örnek olarak, bir bileşik numunesinin 5,31 gram klor ve 8,40 gram oksijen içerdiği belirlenir. Aynı yaklaşım, ClO_3,5 şeklindeki geçici ampirik formülü verir. Bu durumda, en küçük alt simgeye bölünmek, ampirik formülde hala bir ondalık bırakır. Bunu bir tam sayıya dönüştürmek için, alt simgelerin her biri iki ile çarpılır, aynı atom oranını koruyun ve son ampirik formül olarak Cl₂O₇ elde edilir.

Ampirik Formüllerin Yüzde Bileşiminden Türetilmesi

Bir bileşiğin yüzde bileşiminin bilindiği durumlarda, bu bilgi bileşikte bulunan elementlerin kütlelerini hesaplamak için kullanılır. Yüzdeler için ölçek 100 olduğundan, 100 gram ağırlığındaki bir numunede bulunan elementlerin kütlesini hesaplamak uygundur. Elde edilen kütleler ampirik formülü elde etmek için kullanılır.

Örneğin, bir gaz halindeki bileşiğin %27,29 C ve %72,71 O içerdiğini varsayalım. Bu nedenle kütle yüzdeleri fraksiyonlar olarak ifade edilir:

Karbon kütlesi, 27,29 g, 2,272 mol karbona karşılık gelir ve oksijen kütlesi, 72,71 g, 4,544 mol oksijene karşılık gelir. Bu nedenle, temsili formül C_2,272O_4,544 olacaktır. Her bir alt simgeyi 2,272 ile bölmek ampirik formülü verir: CO₂.

Moleküler Formüllerin Türetilmesi

Bir kovalent bileşiğin tek bir molekülünü oluşturan atomların mutlak sayılarını belirlemek, hem ampirik formülü hem de moleküler kütlesi veya molar kütlesi hakkında bilgi gerektirir. Bu miktarlar çeşitli ölçüm teknikleri ile deneysel olarak belirlenebilir. Örneğin moleküler kütle, genellikle bileşiğin kütle spektrumundan türetilir.

Moleküler formüller, bileşiğin molar kütlesini veya moleküler kütlesini ampirik formül kütlesi ile karşılaştırarak elde edilir. Adından da anlaşılacağı gibi, ampirik bir formül kütlesi, ampirik bir formülde temsil edilen tüm atomların ortalama atom kütlelerinin toplamıdır. Bir maddenin bilinen molar kütlesi ampirik formül kütlesi ile bölünürse, molekül başına ampirik formül birimlerinin sayısını verir (n).

Moleküler formül daha sonra ampirik formüldeki her bir alt simge, genel ampirik formül A_xB_y ile gösterildiği gibi n ile çarpılarak elde edilir:

Örneğin, bir kovalent bileşiğin ampirik formülü CH₂O olarak belirlenir ve ampirik formül kütlesi yaklaşık 30 amu’dur. Bileşiğin moleküler kütlesi 180 amu olarak belirlenirse, bu durum, bu bileşiğin moleküllerinin ampirik formülde temsil edilen atom sayısının altı katını içerdiğini gösterir.

Bu bileşiğin molekülleri daha sonra ampirik formüldekilerden altı kat daha büyük olan alt simgeler içeren bir moleküler formülle temsil edilir: (CH₂O)₆ = C₆H₁₂O₆.

Bu metin bu kaynaktan uyurlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 3.2: Determining Empirical and Molecular Formulas.