Back to chapter

3.9:

تحديد تجريبي للصيغة الكيميائية

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Experimental Determination of Chemical Formula

Languages

Share

عادة ما يتم وصف المركبات الكيميائية باستخدام صيغة تجريبية أو جزيئية. توفر هذه الصيغ معلومات،حول كمية الذرات المختلفة من العناصر المعنية. لكن كيف يتم إنشاء هذه الصيغ؟التحليل التجريبي،مثل تحلل المركبات،يستخدم لتقدير الكتل النسبية للعناصر المكونة في المركب.ثم يتم استخدام هذه الكتل النسبية لحساب عدد مولات كل عنصر لتحديد صيغة المركب الكيميائي. على سبيل المثال،عينة من مركب تحدد تجريبيًا احتواءه على 43.64 جرام فوسفور و 56.36 جرام أكسجين. باستخدام الكتل المولية كعوامل تحويل،فإنّالكتل النسبية من البيانات التجريبية يتم تحويلها إلى 1.41 مول للفوسفور و 3.52 مول للأكسجين.هذه القيم المولية،التي تم تعيينها كنصوص مؤقتة للعناصر،ينتج عنها صيغة زائفة للمركب. قسمة قيمة المولعلى أصغر قيمة للمول يزودنا بنسبة المول لحوالي 2.5 مول من الأكسجين إلى 1 مول من الفوسفور،والذي يتناسب مباشرة مع النسبة الفعلية للعناصر في المركب. إذا كان أحد حاصل القسمة لا يزال عددًا عشريًا،يتم ضرب جميع الأرقام في أصغر رقم عد يعطي أصغر نسبة عدد صحيح للرمز،و بذلك تنتج الصيغة التجريبية لـ P2O5.الصيغة الجزيئية للمركبات يمكن تحديدها من صيغتها التجريبية مع الكتلة المولية أو الوزن الجزيئي. على سبيل المثال،المركب الكيميائي باستخدام الصيغة التجريبية لـ P2O5 تم قياسه تجريبيا ليكون له كتلة مولية بقيمة 283.89 جرام لكل مول. صيغته الجزيئية عبارة عن مضاعف عدد صحيح من صيغته التجريبية،بينما كتلته المولية هو مضاعف عدد صحيح لكتلة صيغته التجريبية.نسبة الكتلة المولية وكتلة الصيغة التجريبية ينتج عدد وحدات الصيغة. ضرب الصيغة التجريبية في عدد وحدات الصيغة يعطي الصيغة الجزيئية. ومن ثم،من الصيغة الجزيئية P4O10،يتم التعرف على المركب على أنه رباعي أكسيد الفوسفور،أو الأكثر شيوعًا بصيغته التجريبية اسمه خامس أكسيد الفوسفور.

3.9:

تحديد تجريبي للصيغة الكيميائية

تحدد التركيبة الأولية لمركب هويته الكيميائية، وتُشكل الصيغ الكيميائية الطريقة الأكثر إيجازاً لتمثيل هذه التركيبة الأولية. وعندما تكون صيغة المركب’s غير معروفة، فإن قياس كتلة العناصر المكونة له يكون غالباً الخطوة الأولى في تحديد الصيغة تجريبيا.

تحديد الصيغ التجريبية

إن النهج الأكثر شيوعاً في تحديد الصيغة الكيميائية للمركب’s يتلخص أولاً في قياس كتل العناصر المكونة له. ومع ذلك، تمثل الصيغ الكيميائية الأعداد النسبية وليس كتل الذرات في المادة. لذلك، يجب استخدام أي بيانات مشتقة من التجارب تتضمن الكتلة للحصول على الأعداد المتناظرة للذرات في المركب. ويتم ذلك باستخدام الكتل المولية لتحويل كتلة كل عنصر إلى عدد المولات الخاص به. وتُستخدم هذه الكميات المولية لحساب نسب الأعداد الكلية التي يمكن استخدامها لاستخلاص الصيغة التجريبية للمادة.

لنعتبر أن عينة من مركب ما تم استنتاج أنها تحتوي 1.71 جرامًا من الكربون و0.287 جرامًا من الهيدروجين. هذا يقابله أعداد للذرات هي 0.142 مولات من الكربون و0.284 مولات من الهيدروجين. وبالتالي، يمكن تمثيل هذا المركب بالصيغة C0.142H0.284. بحسب الأصول، تحتوي الصيغ على أرقام سفلية كاملة، وهذا يمكن تحقيقه عن طريق تقسيم كل رقم سفلي على أصغر رقم سفلي والذي هو (0.142). وبالتالي فإن الصيغة التجريبية لهذا المركب هي CH2. فالأرقام السفلية الأحادية “1” لا تكتب بل يتم افتراضها عندما لا يكون هناك رقم آخر. وقد تكون هذه هي حقاً الصيغة الجزيئية للمركب’s أو قد لا تكون؛ ولهذا فإن معلومات إضافية لاتخاذ هذا القرار هي مطلوبة.

وكمثال ثان، يتم تحديد عينة من المركب بحيث تحتوي على 5.31 جرامًا من الكلور و8.40 جرامًا من الأكسجين. اتخاذ نفس النهج ينتج عنه صيغة تجريبية مؤقتة من ClO3.5. في هذه الحالة، لا تزال القسمة على أصغر رقم سفلي تترك كسرًا عشريًا في الصيغة التجريبية. ولتحويل هذا الرقم إلى عدد صحيح، اضرب كل الأرقام السفلية في اثنين، مع الاحتفاظ بنفس نسبة الذرة وهذا يعطينا Cl2O7 كصيغة تجريبية نهائية.

استخلاص الصيغ التجريبية من تركيب النسبة المئوية

في الحالات التي يتوفر فيها التركيب المئوي لمركب، يتم استخدامه لحساب كتل العناصر الموجودة في المركب. بما أن مقياس النسب المئوية هو 100، فمن الملائم حساب كتلة العناصر الموجودة في عينة تزن 100 جرامًا. وتُستخدم الكُتل المحسوبة لاستخلاص الصيغة التجريبية.

على سبيل المثال، افترض أن مركباً غازيّاً يحتوي على 27.29% C و72.71% O. وبالتالي، يتم التعبير عن النسب المئوية للكتلة ككسور:

Eq1

Eq2

>

وتتطابق كتلة الكربون، 27.29 غ، مع 2.272 مول من الكربون، وتتطابق كتلة الأكسجين، 72.71 غ، مع 4.544 مول من الأكسجين. ولذلك فإن الصيغة التمثيلية هي C2.272O4.544. إن قسمة كل رقم سفلي على 2.272 تعطينا الصيغة التجريبية: CO2

11257

اشتقاق الصيغ الجزيئية

يتطلب تحديد الأعداد المطلقة للذرات التي تكوّن جزيء واحد من مركب تساهمي معرفة كل من صيغته التجريبية وكتلته الجزيئية أو كتلته المولية. وقد يتم تحديد هذه الكميات من خلال أساليب قياس مختلفة. فالكتلة الجزيئية، على سبيل المثال، غالباً ما تستمد من الطيف الكتلِ للمركب.

ويتم اشتقاق الصيغ الجزيئية من خلال مقارنة الكتلة المولية للمركب أو الكتلة الجزيئية مع كتلة صيغته التجريبية. وكما يقترح الاسم، فإن كتلة الصيغة التجريبية هي مجموع متوسط الكتلة الذرية لجميع الذرات الممثلة في صيغة تجريبية. إذا كانت الكتلة المولية المعروفة للمادة مقسومة على كتلة الصيغة التجريبية، فإنها تنتج عدد وحدات الصيغة التجريبية لكل جزيء (n).  

Eq3

يتم بعدها الحصول على الصيغة الجزيئية عن طريق ضرب كل نص فرعي في الصيغة التجريبية في n، كما هو موضح في الصيغة التجريبية العامة Axby:

Eq4

على سبيل المثال، يتم تحديد الصيغة التجريبية لمركب تساهمي على أنها CH2O، وتبلغ كتلة صيغتها التجريبية 30 وحدة دولية تقريبًا. وإذا تم تحديد الكتلة الجزيئية للمركب بأنها 180 وحدة دولية فإن هذا يشير إلى أن جزيئات هذا المركب تحتوي على ستة أضعاف عدد الذرات الممثلة في الصيغة التجريبية.  

Eq5

يتم بعدها تمثيل جزيئات هذا المركب بواسطة صيغة جزيئية تحتوي على أرقام سفلية هي ست أضعاف أكبر من تلك الموجودة في الصيغة التجريبية: (cH2O)6 = C6H12O6.

تم اقتباس هذا النص من Openstax, Chemistry 2e, Section 3.2: Determining Empirical and Molecular Formulas.