Ogni composto è caratterizzato da una formula grezza ben precisa. Dai rapporti di combinazione tra gli atomi, che sono espressi dagli indici numerici, è possibile ricavare le composizioni percentuali.
Esempio: Determina la composizione percentuale dell'ossido di potassio (K2O)
Soluzione:
- Calcoliamo la massa molecolare del composto:
MM K2O : (2 * 39,10)u + 16,00 u = 94,20 u
N.B. Abbiamo moltiplicato la massa atomica del potassio per due, poichè nel composto è contenuto due volte.
- Ricaviamo adesso la composizione percentuale, ovvero valutiamo la percentuale rappresentata dalla massa di ogni elemento rispetto la massa molecolare del composto:
(2 * 39,10) : 94,20 = x : 100
X = %K : (78,20 * 100) / 94,20 = 83,05 %
%O : 100 - 83,05 = 16,95%
N.B. La percentuale dell'ossigeno sarà ovviamente la restante parte.
Esempio: Calcola la massa di azoto contenuta in 70 g di acido nitrico (HNO3)
Soluzione:
- Calcoliamo la massa molecolare del composto:
MM HNO3 : (1,008 + 14,01 + 48) u = 63,02 u
- Ricaviamo adesso la composizione percentuale dell'azoto:
14,01 : 63,02 = x : 100
X = %N : (14,01 * 100) / 63,02 = 22,23%
- Infine calcoliamo la massa corrispondende:
x : 70 = 22,23 : 100
X = gN : (70 * 22,23) / 100 = 15,6 g
Abbiamo precedentemente detto, che ogni composto presenta una formula gressa. Vediamo come sia possibile risalire alla formula minima del composto analizzato, ovvero risalire al rapporto di combinazione minimo con cui gli atomi si legano per formare la molecola. Affinchè sia possibile fare ciò, bisogna proseguire per tre punti:
1. convertiamo la percentuale di ogni elemento in grammi, come sei il campione ne contenesse 100 g;
2. dividiamo la massa per la massa molare;
3. dividiamo ogni risultato ottenuto, che corrisponde al numero di moli, per il numero di moli più piccolo; ciò che otterremo prenderanno il nome di indici numerici, che vanno scritti a destra di ogni elemento.
Esempio: Un composto presenta la seguente composizione H 3,1%, P 31,5% e O 65,4%. Qual è la formula minima del composto analizzato?
Soluzione:
1. gH : 3,1% = 3,1g
gP : 31,5% = 31,5g
gO : 65,4% = 65,4g
2. n mol H: 3,1g / 1,008 g/mol = 3,07mol
n mol P: 31,5g / 30,97 g/mol = 1,02 mol
n mol O: 65,4g / 16,00 g/mol = 4,09 mol
3. H: 3,07 / 1,02 = 3; P: 1,02 / 1,02 = 1; O: 4,09 / 1,02 = 4
La formula minima sarà H3PO4.
Nel momento in cui il composto è formato da molecole, la sua formula reale sarà un multiplo della formula minima.
Esempio: Un composto sottoposto ad analisi ha dato i seguenti risultati: C 40%, H 6,6% e O 53%. Sapendo che la sua massa molecolare è pari a 180,2 u, determina la formula molecolare.
Soluzione:
1. gC : 40% = 40g
gH : 6,6% = 6,6g
gO : 53% = 53g
2. n mol C: 40g / 12,01 g/mol = 3,3mol
n mol H: 6,6g / 1,008 g/mol = 6,6 mol
n mol O: 53g / 16,00 g/mol = 3,3 mol
3. C: 3,3 / 3,3 = 1; H: 6,6 / 3,3 = 2; O: 3,3 / 3,3 = 1.
La formula minima sarà CH2O.
A noi interessa però calcolare la formula molecolare. Verifichiamo dunque se la massa molecolare della formula empirica minima coincide con quella data dall'esercizio, se non dovesse coincidere moltiplicheremo tutti gli indici per un multiplo ottenuto dal rapporto tra la massa molecolare reale e quella teorica.
MM CH2O: [12,01 + (1,008 * 2) + 16,00)u = 30,03u diverso da 180,2u
Moltiplicando gli indici per 6 nel nostro caso (=180,2/30,03) otterremo che la formula molecolare è C6H12O6.
- L'esercizio può anche essere svolto in questo modo:
1. Si dividono le percentuali per 100:
40 / 100 = 0,4
6,6 / 100 = 0,066
53 / 100 = 0,53
2. Si imposta la seguente proporzione Ma : MM = N : x
N.B. dove Ma sarebbe la massa atomica dell'elemento, MM la massa molecolare reale del composto, ed infine N che sarebbe il valore ottenuto dividendo la percentuale interessata per cento.
12,01 : 180,2 = 0,4 : X
X: (180,2 * 0,4) / 12,01 = 6
1,008 : 180,2 = 0,066 : Y
Y: (180,2 * 0,066) / 1,008 = 12
16,00 : 180,2 = 0,53 : Z
Z: (180,2 * 0,53) / 16,00 = 6
Ottenendo sempre C6H12O6, a mio avviso metodo più diretto per affrontare questi problemi.
