От простейшей формулы к молекулярной
Переключай состояния и сравнивай схему с объяснением. Модель показывает, что меняется и почему.
Молекулярная формула содержит k одинаковых элементных наборов; это не изображение связей.
Учебная модель: размеры, цвета и проекции условны. Линии обозначают связи, а подписи CH₃ и CH₂ — группы атомов. Реакционные схемы показывают итог превращения, а не траектории отдельных атомов.
Масса → количество атомов
Массовые доли нельзя прямо превращать в индексы: один атом C тяжелее одного H в двенадцать раз. Для условных 100 г вещества массы элементов численно равны их процентам; каждую массу делят на атомную молярную массу.
Для 40% C, 6,67% H и 53,33% O получаем примерно 3,33 : 6,67 : 3,33 моль атомов. Деление на наименьшее число даёт отношение 1 : 2 : 1.
C
40/12 ≈ 3,33
H
6,67/1 = 6,67
O
53,33/16 ≈ 3,33
Индексы определяют по отношениям количеств атомов. Массовые отношения сначала делят на атомные массы.
Простейшая и молекулярная формулы
Отношение 1 : 2 : 1 даёт простейшую формулу CH₂O с формульной массой 30. Реальная молекула может содержать несколько таких наборов: C₂H₄O₂, C₃H₆O₃ или C₆H₁₂O₆.
Если молярная масса равна 180 г/моль, множитель равен 180/30 = 6, поэтому молекулярная формула C₆H₁₂O₆. Это ещё не доказательство, что вещество именно глюкоза: существуют изомеры.
| Признак / пример | Объяснение |
|---|---|
| CH₂O | Простейшая формула |
| 180/30 = 6 | Множитель |
| C₆H₁₂O₆ | Молекулярная формула |
Простейшая формула задаёт минимальное целочисленное отношение. Молярная масса позволяет найти число таких наборов в молекуле.
Модель молекулы углекислого газа
Молекула CO₂ линейна: две полярные связи расположены симметрично, поэтому их вклады в полярность компенсируются.
Ben Mills · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Модель молекулы воды H₂O
В модели молекулы воды два атома H соединены с одним O; цвета и размеры условны.
Ben Mills · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Анализ продуктов горения
При полном сгорании один атом C переходит в одну молекулу CO₂, а два атома H — в одну H₂O. Поэтому n(C) = n(CO₂), n(H) = 2n(H₂O).
Кислород исходного вещества нельзя определить по общему кислороду продуктов: часть O поступила из окислителя. Если известно, что образец содержит только C, H и O, массу O находят как разность массы образца и масс C и H.
4,4 г CO₂
0,1 моль C, или 1,2 г C
1,8 г H₂O
0,2 моль H, или 0,2 г H
Образец 3,0 г из C, H, O
Масса O = 3,0 − 1,2 − 0,2 = 1,6 г
Продукты полного горения позволяют найти C и H. Кислород образца из состава продуктов напрямую не получают.
Проверка результата
Дробные отношения вроде 1 : 1,5 нельзя произвольно округлять до 1 : 2: надо умножить все числа на два. После получения формулы пересчитай массовые доли и сравни с исходными данными.
Для газов при одинаковых условиях относительная плотность равна отношению молярных масс: M ≈ 2D по водороду или M ≈ 29D по воздуху. Эти соотношения используют для газообразного вещества, а не для плотности любой жидкости. Для примера с 3,0 г образца получены 0,1 моль C, 0,2 моль H и 1,6/16 = 0,1 моль O. Отношение 1 : 2 : 1 даёт CH₂O. Если дополнительно M = 60 г/моль, множитель 2 и формула C₂H₄O₂; без M последний шаг был бы невозможен.
1 : 1,5
Умножить на 2 → 2 : 3
D по H₂ = 15
M ≈ 30 г/моль
Обратная проверка
Пересчитать массовые доли по формуле
Округление должно сохранять целочисленное отношение. Итоговую формулу проверяют независимым обратным расчётом.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 10 класс», § 11. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 10 класс. Химия — § 11. Установление формулы органического вещества.pdf. Учтены границы структурных моделей, влияние среды реакции и различия между составом и строением.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Organic Chemistry · OpenStax: реакции моносахаридов