Wzór empiryczny i rzeczywisty związku

Wzór empiryczny przedstawia najprostszy całkowity stosunek liczby atomów pierwiastków w związku. Nie informuje koniecznie o tym, ile atomów znajduje się w pojedynczej cząsteczce.

Wzór rzeczywisty, nazywany też często wzorem molekularnym, określa faktyczną liczbę atomów każdego pierwiastka w cząsteczce. Jest on zawsze całkowitą wielokrotnością wzoru empirycznego.

Dla glukozy wzór rzeczywisty ma postać $\mathrm{C_6H_{12}O_6}$, natomiast po skróceniu indeksów przez $6$ otrzymuje się wzór empiryczny $\mathrm{CH_2O}$. W przypadku wody $\mathrm{H_2O}$ indeksów nie można już skrócić, więc oba wzory są identyczne.

Najczęściej dane zadanie podaje skład procentowy związku. Wygodnie przyjąć, że analizowana próbka ma masę $100\,\mathrm{g}$. Wtedy na przykład zawartość $24\%$ magnezu oznacza, że w próbce znajduje się $24\,\mathrm{g}$ magnezu.

Kolejny krok to obliczenie liczby moli atomów każdego pierwiastka. Stosuje się zależność $n=\frac{m}{M}$. Masę danego pierwiastka dzieli się więc przez jego masę molową atomową.

Otrzymane liczby moli dzieli się następnie przez najmniejszą z nich. Powstaje w ten sposób najprostszy stosunek molowy, który zarazem jest stosunkiem liczby atomów we wzorze.

• wynik $1:2:1$ oznacza indeksy $1$, $2$ i $1$
• wynik $1:1{,}5$ należy pomnożyć przez $2$, aby uzyskać $2:3$
• wynik zbliżony do $1:1{,}33$ można pomnożyć przez $3$

Do ustalenia wzoru rzeczywistego potrzebne są dwie informacje: wyznaczony wzór empiryczny oraz masa molowa całego związku. Najpierw oblicza się masę molową jednostki empirycznej, oznaczaną jako $M_{emp}$.

Następnie wyznacza się współczynnik $n$ z zależności $n=\frac{M_{rzecz}}{M_{emp}}$, gdzie $M_{rzecz}$ jest podaną masą molową związku. Współczynnik $n$ wskazuje, ile razy należy powtórzyć wszystkie indeksy wzoru empirycznego.

Jeżeli wzorem empirycznym jest $\mathrm{CH_2O}$, jego masa molowa wynosi $30\,\mathrm{g\cdot mol^{-1}}$. Dla związku o masie molowej $180\,\mathrm{g\cdot mol^{-1}}$ otrzymujemy $n=6$, dlatego wzór rzeczywisty to $\mathrm{C_6H_{12}O_6}$.

Najczęstszy błąd polega na tworzeniu wzoru bez przeliczenia mas na liczby moli. Same masy pierwiastków nie są proporcjonalne do liczby ich atomów, ponieważ atomy różnych pierwiastków mają różne masy molowe.

Nie należy też od razu zaokrąglać wartości takich jak $1{,}5$ do $2$ albo $1{,}33$ do $1$. Takie wartości wskazują zwykle, że cały stosunek trzeba pomnożyć przez małą liczbę naturalną. Indeksy we wzorze chemicznym muszą być całkowite.

W zadaniach warto zachować stałą kolejność działań:

• zapisz dane o masach lub procentach pierwiastków
• oblicz mole atomów każdego pierwiastka
• podziel wyniki przez najmniejszą wartość i ustal wzór empiryczny
• oblicz $M_{emp}$ oraz współczynnik $n$
• pomnóż wszystkie indeksy wzoru empirycznego przez $n$

Pamiętaj, że masa molowa służy do rozstrzygnięcia, która wielokrotność wzoru empirycznego jest rzeczywistym składem cząsteczki.