Stechiometria- Formula minima e formula molecolare

La formula minima, empirica o bruta di un composto, indica il minimo rapporto tra gli atomi degli elementi che formano quel composto. Ad esempio la molecola C₂H₆ ha come formula minima CH₃ mentre la molecola C₆H₆ ha come formula minima CH.

La formula molecolare, rispetto alla formula minima, contiene il numero effettivo di atomi presenti nella molecola. Ad esempio, se sappiamo che la formula minima di un composto è HO e la massa molare del composto stesso è 34.0 u possiamo ricavare la formula molecolare considerando la massa molare di HO che è pari a 17.0 u. Dividiamo la massa molare del composto per la massa molare della formula minima e otteniamo 34.0/17.0 = 2. Ciò significa che la formula molecolare è H₂O₂ .

Esercizi sulla formula minima e formula molecolare

1)       Un composto organico Z, contenente C,H,N ha dato all’analisi i seguenti risultati : C, 75.90%, H 6.40% mentre la differenza è costituita da azoto. Determinare la formula minima.

Consideriamo 100 g di tale composto : la massa di C è 75.90 g, la massa di H è 6.40 g mentre la massa di N è pari a 100 – ( 75.90 + 6.40)=17.7 g

Calcoliamo le moli di ciascun elemento :

C = 75.90 g / 12.011 g/mol=6.32

H = 6.40 g / 1.008 g/mol=6.35

N = 17.7 g / 14.0067 g/mol=1.26

il rapporto tra le moli di C, H e N è 6.32 : 6.35 : 1.26

nella formula minima il rapporto tra il numero degli atomi degli elementi presenti viene espresso per numeri interi. Per ricavarli si dividono i valori numerici calcolati per il più piccolo, 1.26 nel nostro caso.

6.32 / 1.26 =5 => C

6.35 / 1.26 = 5 => H

1.26 / 1.26 = 1 => N

La formula minima è C₅H₅N

2)     Un minerale ha dato all’analisi i seguenti risultati : U, 75.90 %, O, 15.28 %. Determinare la formula minima.

Procediamo come nel precedente esercizio :

Moli di U = 75.90 g /238.03 g/mol=0.319

Moli di O = 15.28 g / 15.999 g/mol=0.955

Dividiamo i valori numerici calcolati per il più piccolo :

0.319/0.319= 1 => U

0.955/0.319 = 3 => O

La formula minima è UO₃

3)     Determinare le percentuali degli elementi presenti nel composto C₆H₅CN

Innanzi tutto calcoliamo la massa molare tenendo conto che vi sono 6+1 = 7 atomi di carbonio, 5 atomi di idrogeno e 1 atomo di ossigeno.

Massa molare = ( 6 · 12.011) + ( 5 · 1.008) + 14.0067 = 91.11 g/mol

Le percentuali dei vari elementi sono:

C = ( 6 · 12.011) · 100/ 91.11 =79.1

H = ( 5 · 1.008) · 100/ 91.11 =5.5

N = 14.0067 · 100/ 91.11 =15.4

Si noti che la somma di tali percentuali deve dare 100

4)     Calcolare le quantità in grammi di carbonio, idrogeno e ossigeno contenuti in 0.745 g di CH₃COCH_3.

Calcoliamo la massa molare del composto : 58.08 g/mol

Moli di CH₃COCH₃ = 0.745 g/ 58.08 g/mol=0.0128

Per ogni mole del composto vi sono 3 moli di C, 6 moli di H e 1 mole di O

Moli di C in 0.745 = 0.0128 · 3 =0.0384

Massa di C = 0.0384 mol · 12.011 g/mol=0.461 g

Moli di H = 0.0128 · 6 =0.0768

Massa di H = 0.0768 mol · 1.008 g/mol=0.0774 g

Moli di O = 0.0128

Massa di O = 0.0128 mol · 15.999 g/mol=0.205 g