Quando si esamina una sostanza nuova, di cui non si conosce la formula, si procede in questo modo:
- si fa l’analisi della sostanza per ricavare la composizione percentuale
- si determina sperimentalmente la massa molecolare.
In base a ciò, si può ricavare la formula minima (empirica) della sostanza. La formula minima indica il rapporto tra il numero degli atomi dei singoli elementi presenti nel composto; ad esempio per il glucosio, la formula minima sarà CH2O, la formula molecolare esprime la composizione di una molecola (rappresenta l’esatto numero di atomi in una molecola); per il glucosio è C6H12O6.
ESEMPIO
Un composto con massa molecolare (MM) 98 uma ha dato all’analisi i seguenti risultati:
H 2,04% S 32,65% O 65,31%
Determinare la formula del composto.
Innanzitutto, si considerano i dati in percentuale come massa di quell’elemento in 100 grammi; ad esempio, in 100 g di sostanza ci sono 2,04 g di idrogeno, 32,65 g di zolfo e 65,31 g di ossigeno. A questo punto, si calcola il numero delle moli, dividendo la massa in grammi per le masse atomiche degli elementi corrispondenti:
n mol H 2,04 g/(1 g/mol) = 2,04 mol di atomi di idrogeno
n mol S 32,65 g/(32 g/mol) = 1,02 mol di atomi di zolfo
n mol O 65,31 g/(16 g/mol) = 4,08 mol di atomi di ossigeno
Si dividono i risultati per il numero più piccolo; quindi:
H 2,04/1,02 =2 S 1,02/1,02 =1 O 4,08/1,02 =4
Pertanto, per 1 mol di zolfo, ci sono 2 moli di idrogeno e 4 mol di ossigeno; per quanto riguarda la molecola in questione per ogni atomo di zolfo, ce ne sono due di idrogeno e quattro di ossigeno; sono stati determinati gli indici interi della formula minima che sarà H2SO4
Si calcola la massa molecolare della formula minima:
MM = (2*1 uma) + 32 uma +(16*4 uma) = 98 uma
che coincide col valore sperimentale della massa molecolare (98 uma). In questo caso, formula molecolare e formula minima coincidono. Se così non fosse, considerando un altro esempio (diverso) in cui dopo gli opportuni calcoli si ottiene la formula minima CH2O e il valore sperimentale della MM fosse stato 180 uma, bisogna dividere quest’ultimo per 30 (si ottiene 6) e moltiplicare tutti gli indici della formula minima per questo valore (6); si ottiene così la formula molecolare del glucosio C6H12O6.
N.B. Gli indici devono essere sempre interi. Se, dai calcoli, si ottenessero indici decimali questi si devono dividere per un divisore comune: il minore dei due indici. ESEMPIO: se dopo aver effettuato i calcoli per il composto SnxCly (gli indici da determinare sono x e y) si ottiene n mol Sn = 0,00986 mol e n mol di Cl = 0,0395 mol, per ottenere indici interi basterà dividere per il minore degli indici;
quindi Sn = 0,00986 /0,00986 = 1 e Cl = 0,0395 / 0,00986 = 4,01 che si può approssimare a 4. La formula sarà SnCl4.
hoc unum scio 