สูตรเคมี (Chemical formula)

                คือการนำสัญลักษณ์ของธาตุมาเขียนแทนสารเคมีต่าง ๆ  เช่น C₆H₁₄ หมายถึง  เฮกเซน  สูตรเคมีจำแนกเป็น  3  ประเภท  คือ  สูตรโมเลกุล (molecular formula) 
สูตรเอมพิริกัลหรือสูตรอย่างง่าย (empirical formula)  และสูตรโครงสร้าง (structural formula)

                สูตรโมเลกุล (molecular formula)  เป็นการเขียนสูตรแสดงองค์ประกอบของธาตุต่าง ๆ ตามที่เป็นจริง 

สูตรโมเลกุลของสารต่าง ๆ   เช่น  เฮกเซน   ( C₆H₁₄)  จะแสดงข้อมูลดังนี้

1. บอกชนิดของธาตุที่เป็นส่วนประกอบอยู่ในโมเลกุลนั้น ๆ  เช่น สูตรโมเลกุลของเฮกเซนคือ  C₆H₁₄ทำให้ทราบว่าเฮกเซนประกอบด้วยธาตุ  C  และ  H
2. แสดงมวลโมเลกุล (molecular mass)  และมวลต่อโมล (molar  mass) 
3. แสดงอัตราส่วนของธาตุที่เป็นองค์ประกอบในรูปแบบต่าง ๆ    ดังตาราง

                สูตรเอมพิริกัลหรือสูตรอย่างง่าย (empirical formula)    คือสูตรที่เกิดจากการทำให้สูตรโมเลกุลเป็นอัตราส่วนอย่างต่ำ  เช่น จากสูตรโมเลกุล  C₆H₁₄ 
 สูตรเอมพิริกัลคือ  C₃H₇  สูตรจะแสดงข้อมูลดังนี้

1. บอกชนิดของธาตุที่เป็นส่วนประกอบอยู่ในสารนั้น ๆ  เช่น สูตรเอมพิริกัลของเฮกเซนคือ  C₃H₇ทำให้ทราบว่าเฮกเซนประกอบด้วยธาตุ  C  และ  H
2. แสดงอัตราส่วนของธาตุที่เป็นองค์ประกอบในรูปแบบต่าง ๆ    ดังตาราง

**  ร้อยละโดยมวลของธาตุที่เป็นองค์ประกอบ   ไม่ว่าจะคิดจากสูตรโมเลกุลหรือสูตรเอมพิริกัลจะได้เท่ากัน

 ความสัมพันธ์ระหว่างสูตรเอมพิริกัลกับสูตรโมเลกุลเป็นดังนี้ 

                สูตรโมเลกุล  =  (สูตรเอมพิริกัล)n

                (มวลสูตรเอมพิริกัล)n  =  มวลโมเลกุล

**  กรณี  C₆H₁₄  แสดงความสัมพันธ์ได้ดังนี้

                C₆H₁₄      =    (C₃H₇)₂

                86            =    (43)₂

                สูตรโครงสร้าง (structural formula)   คือการเขียนสูตรที่แสดงให้เห็นว่าอะตอมที่เป็นองค์ประกอบของโมเลกุล  ดังที่แสดงในสูตรโมเลกุลมีการสร้างพันธะกันอย่างไร 
โดยสามารถเขียนได้ทั้งแบบ 2 มิติและ 3 มิติ  เช่น  สูตรโครงสร้างของ C₆H₁₄  เขียนได้หลายแบบ  ดังนี้

ตัวอย่างสูตรโมเลกุลและสูตรเอมพิริกัลของสารบางชนิด 

*    สารที่สูตรโมเลกุลเป็นอัตราส่วนอย่างต่ำอยู่แล้ว  สูตรโมเลกุลกับสูตรเอมพิริกัลจะเป็นสูตรเดียวกัน  เช่น  CH₄  C₃H₈

การคำนวณหาสูตรเอมพิริกัลและสูตรโมเลกุล

                ทั้งสูตรเอมพิริกัลและสูตรโมเลกุลจะบอกอัตราส่วนของธาตุที่เป็นองค์ประกอบในรูปที่เป็นร้อยละโดยมวลได้ตรงกัน   ดังตัวอย่าง

                ในการเขียนสูตรเอมพิริกัลและสูตรโมเลกุลนั้น  เป็นการเขียนแสดงอัตราส่วนของธาตุที่เป็นองค์ประกอบที่มีอยู่ในโมเลกุลนั้น ๆ  เช่น  C₆H₁₄  ความหมายว่า  C₆H₁₄  จำนวน 1 โมล 
ประกอบด้วย  C จำนวน 6 โมล  และ  H จำนวน 14 โมล  หรือเขียนว่า  ;  C : H = 6 : 14  โดยจำนวนโมล

                แต่ถ้าพิจารณาในหน่วยย่อยคือคิดว่า  C₆H₁₄  คือเฮกเซนเพียง  1  โมเลกุล   จะประกอบด้วย  C  จำนวน  6  อะตอม  และ  H  จำนวน  14  อะตอม    อัตราส่วนระหว่าง  
  C : H  =  6 : 14  โดยจำนวนอะตอม

การคำนวณหาสูตรเอมพิริกัลและสูตรโมเลกุลของสารประกอบ ต่าง ๆ  มีหลักการทั่วไปดังนี้ 

1. ต้องทราบว่าสารประกอบเหล่านั้นมีธาตุใดเป็นองค์ประกอบบ้าง
2. ต้องทราบมวลหรือร้อยละโดยมวลของธาตุที่เป็นองค์ประกอบทุกชนิด
3. เปลี่ยนมวลหรือร้อยละโดยมวลของแต่ละธาตุให้เป็นจำนวนโมล  แล้วทำให้เป็นจำนวนเต็มและเป็นอัตราส่วนอย่างต่ำ  จะได้สูตรเอมพิริกัลของสารประกอบนั้น
4. ถ้าทราบมวลโมเลกุลจะหาสูตรโมเลกุลได้  โดยใช้สมการต่อไปนี้

(มวลสูตรเอมพิริกัล)n  =   มวลโมเลกุล

สูตรโมเลกุล                 =   (สูตรเอมพิริกัล)n

รูปแบบของการคำนวณหาสูตรเอมพิริกัลและสูตรโมเลกุลมีดังนี้ 

                เพื่อให้เข้าใจง่ายจะใช้ตัวอย่างเป็นสารชนิดเดียวกันคืออีเทน  (C₂H₆)  สารชนิดนี้เป็นสารไฮโดรคาร์บอน  โมเลกุลประกอบด้วยไฮโดรเจนกับคาร์บอนเท่านั้น

สูตรโมเลกุลคือ  C₂H₆  มีมวลโมเลกุล  = 30  amu. 
                                    มีมวล/โมล  = 30 g/mol
สูตรเอมพิริกัลคือ  CH₃ มีมวลสูตรเอมพิริกัล  = 15  amu.

จะแสดงการคำนวณหาสูตรโมเลกุลและสูตรเอมพิริกัลของสารเชนิดนี้  โดยกำหนดข้อมูลของธาตุที่เป็นองค์ประกอบในรูปแบบที่แตกต่างกัน  3  แบบ  แต่ไม่ว่าจะเป็นข้อมูลแบบใดก็จะ
ได้สูตรเอมพิริกัลหมือนกันคือ  CH₃    และได้สูตรโมเลกุลเหมือนกันคือ  C₂H₆    ดังนี้

                1.  บอกมวลของธาตุที่เป็นองค์ประกอบโดยตรง 

ตัวอย่าง  สารประกอบไฮโดรคาร์บอนชนิดหนึ่งมีมวลโมเลกุล 30 amu.    เมื่อนำสารชนิดนี้มา  10.00  กรัม  พบว่าประกอบด้วย  C  8.00  กรัม  และ  H 2.00  กรัม 
จงหาสูตรเอมพิริกัลและสูตรโมเลกุลของสารชนิดนี้

วิธีทำ      (หาสูตรเอมพิริกัล)

                อัตราส่วนระหว่าง                 C    :   H

         อัตราส่วนโดยมวล (กรัม)               8    :    2

            เปลี่ยนเป็นโมล                    8/12   :   1/1

                                                   0.67   :    2

                                                       1    :     3

                                  สูตรเอมพิริกัลคือ  CH₃    ตอบ

             (หาสูตรโมเลกุล) 

(มวลสูตรเอมพิริกัล)n  =   มวลโมเลกุล

                       (CH₃)n   =   30

                             15n   =   30

                                n   =    2

          สูตรโมเลกุล             =   (สูตรเอมพิริกัล)n

                                     =   (CH₃)₂

                                      =   C₂H₆   ตอบ

                2.  บอกส่วนประกอบของธาตุเป็นร้อยละโดยมวล   

ตัวอย่าง  สารประกอบไฮโดรคาร์บอนชนิดหนึ่งมีมวลโมเลกุล 30  ประกอบด้วย  C  ร้อยละ  80  และ  H ร้อยละ 20  โดยมวล  จงหาสูตรเอมพิริกัลและสูตรโมเลกุลของสารชนิดนี้

วิธีทำ     (หาสูตรเอมพิริกัล)

อัตราส่วนระหว่าง                         C    :   H

อัตราส่วนเป็นร้อยละโดยมวล           80   :   20

             เปลี่ยนเป็นโมล         80/12   :  20/1

                                            6.67 :  20

                                             1    :   3

                             สูตรเอมพิริกัลคือ  CH₃    ตอบ

(หาสูตรโมเลกุล) 

                        (มวลสูตรเอมพิริกัล)n  =   มวลโมเลกุล

                                               (CH₃)n   =   30

                                                    15n   =   30

                                                       n    =    2

                        สูตรโมเลกุล                 =   (สูตรเอมพิริกัล)n

                                                             =   (CH₃)₂

                                                              =   C₂H₆   ตอบ

                3.  บอกส่วนประกอบของธาตุทางอ้อม  ซึ่งมีหลายวิธี  เช่น  บอกด้วยปฏิกิริยา  บอกด้วยการวิเคราะห์และอื่น ๆ  รวมทั้งการบอกมวลโมเลกุลอาจบอกทางอ้อม
โดยให้ข้อมูลมาบางส่วนเพื่อให้นำไปคำนวณหามวลโมเลกุลเอาเอง   

ตัวอย่าง  สารไฮโดรคาร์บอนชนิดหนึ่งมีมวลโมเลกุล  30  เมื่อนำสารชนิดนี้มา  10  กรัม  แล้วเผาไหม้อย่างสมบูรณ์ปรากฏว่าได้ก๊าซ CO₂  29.33 กรัม  และไอน้ำอีก  18.00  กรัม 
จงหาสูตรเอมพิริกัลและสูตรโมเลกุลของสารดังกล่าวนี้

วิธีทำ   (หาสูตรเอมพิริกัล)

                ให้ทำความเข้าใจว่าเมื่อสารไฮโดรคาร์บอนซึ่งประกอบด้วยธาตุ H และ C  เกิดการเผาไหม้  ธาตุ H และ C  จะรวมตัวกับออกซิเจนในอากาศ  กลายเป็นไอน้ำ  (H₂O)
 และก๊าซ  CO₂  ตามลำดับ  เราต้องคำนวณหามวลของ   H  ในไอน้ำที่เกิดขึ้น  และคำนวณหามวลของ   C   ใน  CO₂  ที่เกิดขึ้น   มวลของ H และ C ดังกล่าวก็คือมวลของ  H
และ C ที่เป็นองค์ประกอบอยู่ในสารไฮโดรคาร์บอนที่เรากำลังต้องการหาสูตรเอมพิริกัลและสูตรโมเลกุล 

                (คำนวณหามวลของ  C  ใน  CO₂)

                                CO₂    =   C + 2O

                                          =   12 + (2x16)

                                          =   12 + 32

                                          =    44   (หมายความว่า CO₂ 1 โมล มีมวล 44 กรัม  ประกอบด้วย C 12 กรัม   และ O 32 กรัม)

                CO₂   44   กรัม  มี  C  เป็นองค์ประกอบ    12    กรัม

                CO₂  29.33 กรัม  มี C เป็นองค์ประกอบ   =  12x29.33/44   กรัม

                                                                    =  8.00  กรัม**

                                  มวลของ  H  ในสารตัวอย่าง  =    10 - 8  =  2.0   กรัม**

                ขณะนี้เราทราบมวลของ   C  และ  H  ที่มีอยู่ในสารประกอบแล้ว  ทำให้คำนวณหาสูตรเอมพิริกัลและสูตรโมเลกุล  ต่อไปได้

                (หาสูตรเอมพิริกัล)

              อัตราส่วนระหว่าง                 C    :   H

       อัตราส่วนโดยมวล (กรัม)               8    :    2

                เปลี่ยนเป็นโมล            8/12     :   2/1
                                                 0.67   :    2

                                                     1    :     3

                                  สูตรเอมพิริกัลคือ  CH₃    ตอบ

             (หาสูตรโมเลกุล) 

(มวลสูตรเอมพิริกัล)n  =   มวลโมเลกุล

                       (CH₃)n   =   30

                             15n   =   30

                                n   =    2

สูตรโมเลกุล                 =   (สูตรเอมพิริกัล)n

                                     =   (CH₃)₂

                                      =   C₂H₆   ตอบ

•  จะเห็นได้ว่าจากข้อมูลที่กำหนดให้ทั้ง  3  แบบ  เราสามารถคำนวณหาสูตรโมเลกุลและสูตรเอมพิริกัลได้ตรงกัน

(คลิ้ก ชมแอนิเมชันการหาสูตรเอมพิริกัล)

แบบฝึกหัด 

1.   จงหาสูตรเอมพิริกัลของสารต่อไปนี้

1.1     สารที่ประกอบด้วย  C  H  และ  O  ที่มีจำนวนโมล  0.013  0.039  และ  0.0065  ตามลำดับ

1.2    สารที่ประกอบด้วย  Fe  และ  O  ในอัตราส่วนโดยมวล  11.66 :  5.01  กรัม  ตามลำดับ

1.3         สารที่ประกอบด้วย  C  H  และ  O  ในอัตราส่วนร้อยละโดยมวล  40.0  6.7  และ  53.3  ตามลำดับ

2.  จงหาสูตรโมเลกุลของสารต่อไปนี้

           2.1  สารที่มีสูตรเอมพิริกัลเป็น  CH  และมีมวลโมเลกุล  78

             2.2  สารที่มีสูตรเอมพิริกัลเป็น  NO₂  และมีมวลโมเลกุล  92.02

             2.3  สารที่มีสูตรเอมพิริกัลเป็น  CH₂  และมีมวลโมเลกุล  70.14

             2.4  สารที่มีสูตรเอมพิริกัลเป็น  NH₂Cl  และมีมวลโมเลกุล 51.5

3.  จงหาสูตรโมเลกุลของสารต่อไปนี้

             3.1  ethylene glycol  ประกอบด้วย C  H  และ  O  ในอัตราส่วนร้อยละโดยมวล  38.7  9.7  และ  51.6  ตามลำดับ  โดยสารชนิดนี้มีมวลโมเลกุล  62

             3.2  caffein  ประกอบด้วย  C  H  N  และ  O  ในอัตราส่วนร้อยละโดยมวล  49.5  5.15  28.9  และ  16.5  ตามลำดับ  โดยสารชนิดนี้มีมวลโมเลกุล  195

             3.3         adrenaline  ประกอบด้วย  C  H  O  และ  N  ในอัตราส่วนร้อยละโดยมวล  59.0  7.10  26.20  และ   7.70  ตามลำดับ  โดยสารชนิดนี้มีมวลโมเลกุล  180

4.     ethylbutyrate  เป็นสารจำพวกเอสเทอร์ที่มีกลิ่นเหมือนสับปะรด  ประกอบด้วย  C   H  และ  O  เมื่อนำสารนี้มา  2.78  มิลลิกรัมแล้วเผาไหม้อย่างสมบูรณ์  พบว่ามีก๊าซ  CO₂ 
เกิดขึ้น  6.32  มิลลิกรัม  และไอน้ำอีก  2.58  มิลลิกรัม  จงหาสูตรเอมพิริกัลของสารชนิดนี้

5.    menthol ประกอบด้วย  C  H  และ  O  เมื่อนำเมนทอลจำนวน  0.1005  กรัม  มาเผาไหม้อย่างสมบูรณ์  ได้ก๊าซ  CO₂  จำนวน  0.2829  กรัม  และไอน้ำอีก  0.1159  กรัม 
จงหาสูตรเอมพิริกัลของเมนทอล  และถ้ามวลโมเลกุลของเมนทอลเท่ากับ  156  จงหาสูตรโมเลกุลของเมนทอลด้วย

6.    สารที่ประกอบด้วย  C   H  และ O  และมีมวลโมเลกุล  74  เมื่อนำสารดังกล่าวนี้หนัก  7.4  กรัม  มาเผาไหม้ในอากาศอย่างสมบูรณ์พบว่า  มีก๊าซ  CO₂  เกิดขึ้น  13.2  กรัม 
และไอน้ำอีก  5.4  กรัม  จงหาสูตรโมเลกุลของสารดังกล่าวนี้

7.    A compound containing only carbon, hydrogen and oxygen is reacted with chlorine. The hydrogen is converted into HCl,
the carbon into CCl₄. A 5.00 mg sample forms 10.7 mg of HCl and 30.2 mg of CCl₄. What is the empirical formula of the compound?  
(Atomic weights: C = 12.01, H = 1.008, O = 16.00, Cl = 35.45). (Ans.e); ( สารประกอบชนิดหนึ่งประกอบด้วย  คาร์บอน  ไฮโดรเจนและออกซิเจน
  เมื่อนำสารดังกล่าว  5.00 มิลลิกรัม  ไปทำปฏิกิริยากับคลอรีน  พบว่ามี HCl เกิดขึ้น  10.7  มิลลิกรัม  และ CCl₄ อีก  30.2  มิลลิกรัม 
สูตรเอมพิริกัลของสารนี้เป็นดังข้อใด)

a)   C₂H₄O              b)   C₃H₅O₂             c)   CH₂O                d)   C₄H₈O₃             e)   C₄H₆O₃

8.   A 1.35 g sample of a compound containing carbon, hydrogen, oxygen and nitrogen was burned to produce 0.810 g H₂O
and 1.32 g CO₂. In a separate reaction, 0.735 g of the substance was converted into 0.284 g of NH₃. What is the empirical formula
of the compound?   (Atomic weights: C = 16.00, H = 1.008, O = 16.00, N = 14.01). (Ans.e) ; ( สารชนิดหนึ่งประกอบด้วย  คาร์บอน 
ไฮโดรเจน  ออกซิเจนและไนโตรเจน  เมื่อนำสารดังกล่าวนี้มา  1.35  กรัม  มาทำการเผาไหม้พบว่ามีน้ำเกิดขึ้น  0.810  กรัม  และ  CO₂  1.32  กรัม 
แต่เมื่อนำสารดังกล่าวนี้มา  0.735  กรัม  สามารถเปลี่ยนให้เป็นแอมโมเนียได้  0.284  กรัม  สูตรเอมพิริกัลของสารนี้เป็นดังข้อใด)
          a)   CH₃N₂O         b)   CHNO              c)   CH₂NO             d)   CHNO₂             e)   CH₃NO

9.    Determine the empirical formula of Lucite which is 71.40% C, 9.59% H and 19.01% O.
(Atomic weights: C = 12.01, H = 1.008, O = 16.00).  (Ans.c) ; (จงหาสูตรเอมพิริกัลของ Lucite ซึ่งประกอบด้วย  C 71.40 % , H 9.59 %
 และ O 19.01 %)

a)   C₂H₆O              b)   CHO                 c)   C₅H₈O              d)   C₄H₆O              e)   C₃H₆O

10.   Determine the empirical formula of saran which is 24.8% C, 2.1% H and 73.1% Cl.
(Atomic weights: C = 12.01, H = 1.008, Cl = 35.45). (Ans.c) ; (จงหาสูตรเอมพิริกัลของ saran  ซึ่งประกอบด้วย C 24.8%, H 2.1%
และ Cl 73.1% )

a)   CH₃Cl               b)   C₂H₂Cl             c)   CHCl                d)   C₂HCl               e)   CH₂Cl

11.   A semiconductor consists of 32.0% silver and 68.0% indium. What is the empirical formula?
(Atomic weights: Ag = 107.9, In = 114.8). (Ans.b) ; (สารกึ่งตัวนำประกอบด้วย โลหะเงิน 32.0 % และธาตุอินเดียม 68.0 % 
สูตรเอมพิริกัลเป็นดังข้อใด)

                a)   AgIn                                 b)   AgIn₂                c)   Ag₃In₂               d)   Ag₂In                e)   Ag₂In₃

12.   A semiconductor consists of 66.3% bismuth and 33.7% palladium. What is the empirical formula?
(Atomic weights: Bi = 209.0, Pd = 106.4). (Ans.b); (สารกึ่งตัวนำประกอบด้วย บิทมัส  66.3 % และพาราเดียม 33.7 %
สูตรเอมพิริกัลเป็นดังข้อใด)

a)   BiPd₂                b)   BiPd                                 c)   Bi₃Pd₂               d)   Bi₂Pd                e)   Bi₂Pd₃

13.    The mineral thorite contains 71.6% Th, 8.7% Si and 19.7% O. What is the empirical formula?
(Atomic weights: Th = 232.0, Si = 28.1, O = 16.00). (Ans.c) ; (แร่ thorite ประกอบด้วย Th 71.6%, Si 8.7% และ O 19.7% 
 สูตรเอมพิริกัลเป็นดังข้อใด)

a)   ThSiO₃             b)   ThSi₂O            c)   ThSiO₄             d)   ThSiO₂            e)   Th₂SiO₄

14.    The mineral forsterite contains 34.5% Mg, 20.0% Si and 45.5% O. What is the empirical formula?
(Atomic weights: Mg = 24.3, Si = 28.1, O = 16.00). (Ans.c) ;  (แร่ forsterite ประกอบด้วย Mg 34.5%, Si 20.0% และ O 45.5% สูตรเอมพิริกัลเป็นดังข้อใด)

a)   Mg₂SiO₂           b)   MgSiO₄            c)   Mg₂SiO₄           d)   MgSiO₃            e)   Mg₂SiO₃

15.   What is the empirical formula of a compound that contains 81.0% carbon and 18.3% hydrogen.
(Atomic weights: C = 12.01, H = 1.008). (Ans.e) ; (สารชนิดหนึ่งประกอบด้วย C 81.0 % และ H 18.3 % สูตรเอมพิริกัลเป็นดังข้อใด)

a)   CH₃                   b)   C₂H₇                                 c)   C₃H₅                                 d)   C₂H₅                                 e)   C₃H₈

16.   A compound consists of 57.0% iodine and 43.0% fluorine. What is its empirical formula?
(Atomic weights: iodine = 126.0, fluorine = 19.0).(Ans.e) ; (สารชนิดหนึ่งประกอบด้วย  I 57.0 % และ F43.0 %
สูตรเอมพิริกัลเป็นดังข้อใด)

a)   IF₃                     b)   I₂F₃                   c)   IF₇                     d)   IF                      e)   IF₅

17.  Gahnite contains 35.7% Zn, 29.4% Al and 34.9% O. What is the empirical formula?
(Atomic weights: Zn = 65.4, Al = 27.0, O = 16.00). (Ans.b) ; (Gahnite ประกอบด้วย  Zn 35.7%, Al 29.4% และ  O 34.9% 
 สูตรเอมพิริกัลเป็นดังข้อใด)

a)   Zn₂AlO₃           b)   ZnAl₂O₄           c)   ZnAlO₃            d)   Zn₂AlO₄           e)   ZnAlO₄

18.   A compound consists of 15.5% carbon, 23.0% chlorine and 61.5% fluorine by mass. What is the empirical formula
 of the compound?  (Atomic weights: C = 12.01, Cl = 35.45, F = 19.00).(Ans.b) ; (สารประกอบชนิดหนึ่งประกอบด้วย 
คาร์บอน  15.5 %  คลอรีน  23.0 %  และฟลูออรีน  61.5 % สูตรเอมพิริกัลเป็นดังข้อใด)

a)   C₂ClF₂              b)   C₂ClF₅              c)   C₂Cl₂F              d)   C₂ClF₃              e)   CClF

19.   Cocaine, an addictive drug, has the weight percents C = 67.3%, H = 6.98%, N = 4.62% and O = 21.10%

Content's Picture

Size : 9.39 KBs Upload : 2013-08-03 04:52:33

Comment(s) Current Page(s) 1/0 << 1 >>

Vote this Content ? 0 Vote(s) Create by : K-Me Status : ผู้ใช้ทั่วไป วิทยาศาสตร์