Formula empirik dan formula molekul

Halaman ini meliputi satu standard kandungan Tingkatan 4 sahaja: formula empirik dan formula molekul. Di sini konsep mol digunakan untuk menemukan formula sebatian daripada data eksperimen, jisim atau komposisi peratusan, dan bukan diberitahu begitu sahaja. Ini soalan kegemaran Kertas 2 kerana ia menguji seluruh rantaian kemahiran: jisim relatif, mol dan nisbah dalam satu masalah, yang menjadikannya persediaan cemerlang untuk selebihnya Kimia SPM.

Dua jenis formula

• Formula empirik ialah nisbah nombor bulat paling ringkas bagi atom setiap unsur dalam sebatian. Contohnya, formula empirik glukosa ialah CH₂O.
• Formula molekul ialah bilangan atom sebenar setiap unsur dalam satu molekul bahan itu. Formula molekul glukosa ialah C₆H₁₂O₆.

Formula molekul sentiasa gandaan nombor bulat formula empirik: C₆H₁₂O₆ ialah (CH₂O) × 6. Sesetengah sebatian mempunyai formula empirik dan molekul yang sama, air ialah H₂O bagi kedua-duanya, manakala bagi sebatian ion kita biasanya menyebut hanya formula empirik (NaCl, MgO), kerana tiada molekul diskret.

Mencari formula empirik: empat langkah

Apa pun datanya, kaedahnya sentiasa sama, dan ia melalui mol:

1. Tulis jisim (atau peratusan) setiap unsur. Jika peratusan diberi, andaikan sampel 100 g supaya peratusan menjadi jisim dalam gram.
2. Bahagikan setiap jisim dengan Ar unsur itu untuk mendapat bilangan mol atom.
3. Bahagikan setiap nilai mol dengan yang terkecil antaranya, untuk mendapat nisbah.
4. Bundarkan kepada nombor bulat terdekat, mendarab naik jika anda dapat nilai seperti 1.5, dan tulis nisbah itu sebagai formula.

Idea di sebalik langkah 2 ialah inti konsep mol: nisbah atom sama dengan nisbah mol atom, dan mol ialah apa yang anda dapat dengan membahagi jisim dengan Ar.

Daripada empirik kepada molekul

Untuk sampai ke formula molekul anda perlukan satu maklumat tambahan: jisim molekul relatif (Mr) sebatian itu. Kemudian:

1. Kira jisim formula empirik (campurkan nilai Ar dalam formula empirik).
2. Bahagikan Mr yang diberi dengan jisim formula empirik untuk mendapat nombor bulat n.
3. Darabkan setiap subskrip dalam formula empirik dengan n.

Contoh penyelesaian

Soalan. Satu sebatian mengandungi 40.0% karbon, 6.7% hidrogen dan 53.3% oksigen mengikut jisim. Jisim molekul relatifnya ialah 180. Cari formula empirik dan formula molekulnya. [Ar: C = 12, H = 1, O = 16]

Langkah 1, Andaikan 100 g, jadi jisim ialah 40.0 g C, 6.7 g H, 53.3 g O.

Langkah 2, Bahagikan setiap satu dengan Ar untuk mendapat mol.

• C: 40.0 ÷ 12 = 3.33 mol
• H: 6.7 ÷ 1 = 6.7 mol
• O: 53.3 ÷ 16 = 3.33 mol

Langkah 3, Bahagikan dengan yang terkecil (3.33).

• C: 3.33 ÷ 3.33 = 1
• H: 6.7 ÷ 3.33 = 2
• O: 3.33 ÷ 3.33 = 1

Jadi formula empirik ialah CH₂O.

Langkah 4, Cari n dan naikkan skala. Jisim formula empirik = 12 + (2 × 1) + 16 = 30. n = Mr ÷ jisim formula empirik = 180 ÷ 30 = 6. Darabkan CH₂O dengan 6.

Jawapan. Formula empirik CH₂O; formula molekul C₆H₁₂O₆.

Soalan latihan

Soalan. Dalam satu eksperimen, 2.4 g magnesium bergabung sepenuhnya dengan 1.6 g oksigen membentuk suatu oksida. Tentukan formula empirik oksida itu. [Ar: Mg = 24, O = 16]

Jawapan. Mol Mg = 2.4 ÷ 24 = 0.1 mol; mol O = 1.6 ÷ 16 = 0.1 mol. Nisbah Mg : O = 0.1 : 0.1 = 1 : 1. Formula empiriknya ialah MgO.

Petua peperiksaan

Susun kerja anda sebagai jadual, unsur, jisim, ÷ Ar, ÷ terkecil, supaya setiap langkah kelihatan dan memperoleh markah kaedahnya. Dua perangkap sering muncul. Pertama, jika nisbah keluar sebagai 1.5 (atau pecahan kemas lain), jangan bundarkannya kepada 2; darabkan setiap nilai dengan 2 untuk menghapuskan pecahan (contohnya 1 : 1.5 menjadi 2 : 3). Kedua, jangan sekali-kali menyebut formula molekul melainkan anda diberi Mr, tanpanya anda hanya boleh sampai ke formula empirik. Dan kekalkan takrif dengan tajam: “nisbah nombor bulat paling ringkas” bagi empirik, “bilangan atom sebenar dalam satu molekul” bagi molekul. Frasa tepat itulah yang dicari skema pemarkahan.

Membaca data yang diberi

Soalan formula empirik datang dalam beberapa penyamaran, tetapi setiap satu berpunca kepada senarai jisim. Peratusan menjadi jisim jika anda andaikan sampel 100 g. Soalan yang memberi jisim logam dan jisim oksidanya menyembunyikan jisim oksigen sebagai perbezaan antara kedua-duanya, contohnya, jika 4.0 g logam membentuk 5.6 g oksida, jisim oksigen ialah 5.6 − 4.0 = 1.6 g. Eksperimen penurunan yang memberi jisim kuprum yang terhasil dan jisim kuprum oksida yang digunakan berfungsi dengan cara yang sama. Melatih diri anda mengekstrak “jisim setiap unsur” daripada apa jua senario yang diterangkan ialah kemahiran sebenar yang diuji standard ini; sebaik sahaja anda mempunyai jisim itu, kaedah empat langkah sama setiap kali.

Mengapa mol menjadikan ini mungkin

Berbaloi berhenti seketika pada sebab membahagi dengan Ar berfungsi. Formula kimia ialah nisbah atom, tetapi anda tidak boleh menimbang atom tunggal, anda menimbang sampel pukal dalam gram. Membahagikan setiap jisim dengan jisim atom relatif unsur itu menukar gram kepada nombor yang berkadar dengan bilangan atom, iaitu mol. Kerana setiap unsur diskalakan dengan Ar⁻nya sendiri, nilai mol yang anda dapat boleh dibandingkan secara terus, dan nisbahnya ialah nisbah atom yang anda mahu. Ini idea mol-sebagai-jambatan yang sama daripada standard 3.2 dan 3.3, kini digunakan secara songsang untuk mendedahkan formula, demonstrasi kemas betapa pusatnya mol kepada seluruh bab.

Kedudukan dalam bab

Ini standard kandungan 3.5 bab Konsep Mol, Formula Kimia dan Persamaan Kimia, menggunakan mol dan jisim relatif pada data eksperimen sebenar. Kerjakan lebih banyak penentuan dalam contoh penyelesaian dan semak semula ranjau dalam kesilapan lazim. Dalam kelas 1-ke-1 Kimia SPM dalam talian kami, diajar dalam bahasa Inggeris, dari RM50/jam, guru kami menunjukkan cara menyusun jadual nisbah dengan kemas dan cara mengesan bila pecahan mesti dinaikkan skala dan bukan dibundarkan.

Ringkasan pantas

• Formula empirik = nisbah nombor bulat paling ringkas bagi atom; formula molekul = atom sebenar per molekul.
• Kaedah: jisim (atau % sebagai jisim) → ÷ Ar untuk mol → ÷ terkecil → nisbah nombor bulat.
• Formula molekul = formula empirik × n, dengan n = Mr ÷ jisim formula empirik.
• Naikkan skala nisbah 1.5 dan bukan membundarkan; anda perlukan Mr untuk formula molekul.