Kemijski spojevi nastaju spajanjem atoma dvaju ili više kemijskih elemenata. Kemijske spojeve označavamo formulama koje odražavaju njihov stalan sastav.
Kemičari su još u 18. stoljeću mjerenjem masenih udjela elemenata u spoju uočili i definirali zakon stalanih masenih omjera. Prema tom zakonu, maseni udio nekog elementa u spoju iskazuje se kao omjer relativne atomske mase tog elementa prema relativnoj molekulskoj masi spoja.
Izračunajmo sada koliki je maseni udio vodika i kisika u najraširenijem kemijskom spoju na Zemlji – vodi. Formula vode je H2O.
Postavimo prvo jednadžbu za izračunavanje masenog udjela vodika u vodi. Maseni udio vodika u vodi jednak je omjeru umnoška relativne atomske mase vodika i broja njegovih atoma u molekuli vode, prema relativnoj molekulskoj masi vode:
U tablici periodnog sustava elemenata možemo naći podatke o relativnim atomskim masama. Relativna atomska masa vodika je 1,008, a kisika 16. Relativne atomske i molekulske mase su bezdimenzijske veličine, dakle nemaju mjernu jedinicu.
Relativna molekulska masa vode dobije se zbrajanjem relativnih atomskih masa dvaju atoma vodika i jednog atoma kisika, što iznosi 18,016.
Mr(H2O) = 2·Ar(H) + Ar(O)
= 2· 1.008 + 16
=18,016
Uvrstimo li te podatke u gornju jedndžbu, rezultat će pokazati da je maseni udio vodika u molekuli vode jednak 2,016 podijeljeno sa 18,016 i iznosi 0,1119.
Ako taj broj pomnožimo sa 100 % dobivamo da je postotak vodika u vodi 11,19 %.
Budući da je zbroj udjela svih sastojaka u smjesi jednak jedinici, ili izraženo u postocima 100 %, maseni udio kisika u molekuli vode možemo izračunati na dva načina.
Prvi je da od 1 oduzmemo 0,1119, koliko otpada na vodik, te dobijemo da je to 0,8881 tj. 88,81 %
w(O, H2O) = 1 - w(H)
= 1 – 0,1119
= 0,8881
= 88,81 %
ili da računamo prema jednažbi za maseni udio elementa u spoju. Postavimo jednadžbu: maseni udio kisika u vodi jednak je omjeru relativne atomske mase jednog atoma kisika prema relativnoj molekulskoj masi vode. Uvrstimo podatke i izračunajmo. Maseni udio kisika u vodi je 0,8881, tj. postotak kisika u vodi je 88,81 %.
Općenito, maseni udio je veličina koje pokazuje koliko pojedini sastojak sudjeluje u ukupnoj masi spoja ili smjese.
Empirijska formula pokazuje najmanji cjelobrojni omjer svih atoma u kemijskom spoju, a može se izračunati na temelju poznatih masenih udjela svih elemenata koji čine taj spoj.
Riješimo sljedeći zadatak koji glasi: Odredi empirijsku formulu fosforovog oksida, ako je kemijskom analizom ustanovljeno da je postotak fosfora u tom oksidu 44 %, a kisika 56 %.
Napišimo prvo što je zadano:
w(P) = 44 % = 0,44
w(O) = 56 % = 0,56
Zatim, tražimo omjer broja atoma fosfora prema broju atoma kisika u formuli spoja, što kraće zapisujemo:
N(P) : N(O) = ?
Taj ćemo omjer izračunati tako da maseni udio fosfora u spoju podijelimo s relativnom atomskom masom fosfora, a maseni udio kisika u spoju podijelimo s njegovom relativnom atomskom masom. Postavimo razmjer:
Na kraju, dobiveni omjer treba prevesti u cijele brojeve dijeljenjem s najmanjim članom, a to je broj 0,014:
Omjer još uvijek nije u obliku malih cijelih brojeva, te moramo pomnožiti oba člana sa 2 :
N(P) : N(O) = (1· 2) : (2,5 · 2)
= 2 : 5
Time je zadatak riješen i možemo napisati da je empirijska formula ispitivanog spoja P2O5 .
Na temelju empirijske formule može se odrediti molekulska formula, ako je poznata relativna molekulska masa ispitivanog spoja. Molekulska formula prikazuje stalan sastav molekule, tj. ukupan broj svih atoma u 1 molekuli nekog spoja. U našem zadatku eksperimentalno je ustanovljeno da je relativna molekulska masa fosforovog oksida 284.
Izračunajmo relativnu molekulsku masu dobivene empirijske formule fosforovog oksida.
Mr(P2O5) = 2Ar(P) + 5Ar(O)
= 2·30,97 + 5·16
= 142
Usporedimo eksperimentalno dobivenu molekulsku masu fosforovog oksida s izračunatom molekulskom masom empirijske formule tako da ih podijelimo:
Vidimo da molekula fosforovog oksida sadrži dvije empirijske formulske jedinke tog spoja. Prema tome, broj svakog atoma u empirijskoj formuli mora se pomnožiti s dva, što znači da molekulska formula ispitivanog fosforovog oksida glasi P4O10.
Kemijski spoj:
– nastaje spajanjem dvaju ili više raznovrsnih atoma
– označavamo ga kemijskom formulom koja pokazuje stalan sastav, tj. broj i vrstu atoma u spoju
Maseni udio nekog elementa u spoju izračunava se iz omjera relativne atomske mase tog elementa prema relativnoj molekulskoj masi spoja:
Maseni udio (w):
-brojčana je veličina koja se izražava decimalnim brojem
-pokazuje kojim dijelom jedan sastojak pripada cijelini
-može se izraziti u
postocima (%, dio na sto dijelova), promilima (‰, dio na tisuću) ili dijelovima na milijun (ppm)
Empirijska formula
- prikazuje najmanji cjelobrojni omjer pojedinih vrsta atoma u nekom spoju
Molekulska formula
- prikazuje stvarni sastav molekule, tj. ukupan broj i vrstu atoma u molekuli spojaZadatak:
Koliki je maseni udio vode u modroj galici, kemijskog naziva bakrov sulfat pentahidrat?
Rješenje:
Modra galica je bakrova sol kemijske formule:
CuSO4 · 5H2O. Kristali modre galice plave su boje, a izgrađeni su od iona Cu2+ , iona SO42– i molekula H2O, u omjeru 1 : 1 : 5.
Postavimo jednadžbu, u kojoj je maseni udio vode u modroj galici jednak omjeru umnoška relativne molekulske mase vode i broja njenih molekula u formulskoj jedinki modre galice, prema ukupnoj relativnoj molekulskoj masi modre galice.
Maseni udio vode u modroj galici je 36,08 %.