Công thức đơn giản nhất

Định nghĩa: công thức phân tử hợp chất hữu cơ là Công thức đơn giản nhất là công thức biểu thị tỉ lệ tối giản về số nguyên tử của các nguyên tố trong phân tử.

Cách thiết lập công thức đơn giản nhất:

Thiết lập công thức đơn giản nhất của hợp chất hữu cơ CxHyOz là tìm tỉ lệ: x:y:z = {n_C}:{n_H}:{n_O} = {n_C}:{n_H}:{n_O} = \frac{{{m_C}}}{{12,0}}:\frac{{{m_H}}}{{1,0}}:\frac{{{m_O}}}{{16,0}} dưới dạng tỉ lệ giữa các số nguyên tối giản.

Trong thực tế, ta thường xác định công thức đơn giản nhất dựa vào phần trăm khối lượng các nguyên tố như sau:

x:y:z = \frac{{\% C}}{{12,0}}:\frac{{\% H}}{{1,0}}:\frac{{\% O}}{{16,0}}

Sau đó biến đổi về tỉ lệ giữa các số nguyên tối giản.

Thí dụ: Kết quả phân tích nguyên tố hợp chất X cho biết %C = 40,00%; %H = 6,67%, còn lại là oxi. Lập công thức đơn giản nhất của X.

Giải:

Gọi công thức phân tử của X là CxHyOz (với x, y, z nguyên dương).

Từ kết quả phân tích định lượng, lập được hệ thức:

x:y:z = \frac{{\% C}}{{12,0}}:\frac{{\% H}}{{1,0}}:\frac{{\% O}}{{16,0}} = \frac{{40,00}}{{12,0}}:\frac{{6,67}}{{1,0}}:\frac{{53,33}}{{16,0}} = 3,33:6,67:3,33 = 1:2:1

Vậy công thức đơn giản nhất của X là CH2O.

Công thức phân tử

Định nghĩa:

Công thức phân tử là công thức biểu thị số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phân tử.

Quan hệ giữa công thức phân tử và công thức đơn giản nh ất:

– Số nguyên tử của mỗi nguyên tố trong công thức phân tử là số nguyên lần số nguyên tử của nó trong công thức đơn giản nhất.

– Trong nhiều trường hợp, công thức phân tử cũng chính là công thức đơn giản nhất.

Thí dụ: Ancol etylic C2H6O, metan CH4,…

1. Cách thực hiện phân tích công thức phân tử hợp chất hữu cơ

Phân tích công thức phân tử hợp chất hữu cơ là quá trình quan trọng trong lĩnh vực hóa học. Để thực hiện phân tích, bạn có thể tuân theo các bước sau:

Thu thập thông tin về hợp chất cần phân tích.
Xác định thành phần nguyên tử của hợp chất.
Xác định công thức phân tử của hợp chất.
Sử dụng các phương pháp phân tích hóa học như phổ cộng hưởng từ (NMR), phổ khối lượng (MS), hoặc phổ hồng ngoại (IR) để xác định các nhóm chức năng và cấu trúc chi tiết của hợp chất.

2. Ứng dụng của phân tích công thức phân tử hợp chất hữu cơ

Phân tích công thức phân tử hợp chất hữu cơ có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm:

Hóa học hữu cơ: Phân tích công thức phân tử giúp xác định cấu trúc và tính chất của hợp chất hữu cơ, từ đó giúp hiểu rõ về các phản ứng và quá trình tạo ra hợp chất mới.
Phân tích dược phẩm: Công thức phân tử hợp chất hữu cơ được sử dụng để xác định thành phần và chất lượng của các dược phẩm, đảm bảo tính an toàn và hiệu quả của thuốc.
Nghiên cứu khoa học: Phân tích công thức phân tử hợp chất hữu cơ là một phần quan trọng trong việc nghiên cứu các chất mới, từ đó cung cấp thông tin về cấu trúc và tính chất để đánh giá tiềm năng ứng dụng của chúng.

Phân tích công thức phân tử hợp chất hữu cơ là quá trình quan trọng để xác định cấu trú c và tính chất của hợp chất. Quá trình này có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực hóa học, dược phẩm và nghiên cứu khoa học. Bằng cách thực hiện các bước phân tích và sử dụng các phương pháp phân tích hóa học, chúng ta có thể thu được thông tin quan trọng về hợp chất hữu cơ và áp dụng nó vào các lĩnh vực khác nhau.

Mối liên quan giữa công thức phân tử và thành phần phần trăm khối lượng

Một số chất hữu cơ có công thức phân tử khác nhau nhưng có cùng một công thức đơn giản nhất. Ví dụ, axetilen (C2H2) và benzen (C6H6), axit axetic (C2H4O2) và glucozơ (C6H12O6),…

Việc thiết lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ dựa trên thành phần phần trăm khối lượng của các nguyên tố.

Cách thiết lập công thức phân tử dựa vào thành phần phần trăm khối lượng

Để thiết lập công thức phân tử, ta sẽ sử dụng sơ đồ sau:

Sơ đồ: {C_x}{H_y}{O_z} → xC + yH + zO

Khối lượng: M (g) 12,0.x (g) 1,0.y (g) 16,0.z (g)

Thành phần phần trăm khối lượng:

0% % C % H % O

Suy ra:

x = \frac{{M.\% C}}{{12,0.100\% }}

y = \frac{{M.\% H}}{{1,0.100\% }}

z = \frac{{M.\% O}}{{16,0.100\% }}

Ví dụ: Phenolphtalein – chất chỉ thị màu dùng để nhận biết dung dịch bazơ – có phần trăm khối lượng C, H và O lần lượt bằng 75,47%, 4,35% và 20,18%. Khối lượng mol phân tử của phenolphtalein bằng 318,0 g/mol. Hãy lập công thức phân tử của phenolphtalein.

Giải:

Ta thấy %C + %H + %O = 100%

Do đó, thành phần phân tử phenolphtalein gồm ba nguyên tố C, H, O nên ta đặt công thức phân tử là CxHyOz (với x, y, z nguyên dương).

Ta có:

x = \frac{{318,0.\% 75,47}}{{12,0.100\% }} = 20

y = \frac{{318,0.\% 4,35}}{{1,0.100\% }} = 14

z = \frac{{318,0.\% 20,18}}{{16,0.100\% }} = 4

Do đó, công thức phân tử của phenolphtalein là C20H14O4.

Thông qua công thức đơn giản nhất

Ví dụ: Chất hữu cơ X có công thức đơn giản nhất CH2O và có khối lượng mol phân tử bằng 60,0 g/mol. Xác định công thức phân tử của X.

Giải:

Công thức phân tử của X là (CH2O)n hay CnH2nOn.

Từ M_X = (12,0 + 2.1,0 + 16,0).n = 60,0 → n = 2

Vậy X có công thức phân tử C2H4O2.

Tính trực tiếp theo khối lượng sản phẩm đốt cháy

Để tính trực tiếp theo khối lượng sản phẩm đốt cháy, chúng ta có thể sử dụng các thông tin về khối lượng các sản phẩm và các phần tử trong hợp chất.

Ví dụ:

Hợp chất Y chứa các nguyên tố C, H, O. Khi chúng ta đốt cháy hoàn toàn 0,88 gam Y, thu được 1,76 gam CO₂ và 0,72 gam H₂O. Tỉ khối hơi của Y so với không khí xấp xỉ 3,0. Bài toán đặt ra là xác định công thức phân tử của Y.