Uno dei metodi classici per determinare la formula empirica dei composti sfrutta la loro combustione: se sono presenti elementi quali carbonio, idrogeno, azoto o zolfo dalla loro combustione si ottengono i rispettivi ossidi che possono essere determinati quantitativamente.
Vengono così determinate le percentuali in massa degli elementi presenti nel composto da cui si può risalire alla formula empirica.
Conoscendo la massa molare del composto ottenibile, ad esempio, sfruttando le proprietà colligative delle soluzioni, si può determinare la formula molecolare.
Vengono qui affrontati esercizi di livello difficile rimandando all’articolo “Formula minima di un composto dall’analisi per combustione” la risoluzione di esercizi di livello più semplice.
Esercizi
- La combustione di 40.10 g di un composto contenente solo C, H, Cl e O dà luogo alla formazione di 58.57 g di CO2 e 14.98 g di H2. Si è inoltre determinato che un’altra aliquota di composto avente massa 75.00 g contiene 22.06 g di Cl. Determinare la formula minima
Le moli di CO2 sono pari a 58.57 g /44.01 g/mol=1.331
I grammi di carbonio contenuti nel composto sono 1.331 mol · 12.011 g/mol= 15.99 g
Le moli di acqua sono pari a 14.98 g/18.01 g/mol= 0.8318
Le moli di idrogeno sono quindi 2 · 0.8318= 1.664
I grammi di idrogeno contenuti nel composto sono 1.664 mol · 1.008 g/mol= 1.677 g
La massa di cloro contenuta in 58.57 g è pari a 22.06 · 40.10/75.00 = 11.79 g
Le moli di cloro sono pari a 11.79 g/35.453 g/mol =0.3327
La massa di ossigeno presente nel composto viene calcolata per differenza:
massa di ossigeno = 40.10 – ( 15.99 + 1.677 + 11.79)=10.64 g
Le moli di ossigeno sono quindi pari a:
moli di ossigeno = 10.64 g/15.999 g/mol=0.6652
In definitiva il rapporto molare fra i vari elementi è:
C 1.331
H 1.664
Cl 0.3327
O 0.6652
Per ottenere numeri interi dividiamo per il numero più piccolo che nella fattispecie è 0.3327
C = 1.331/0.3327 = 4
H = 1.664/0.3327 = 5
Cl = 0.3327/0.3327 = 1
O = 0.6652/0.3327 = 2
Pertanto la formula minima del composto è C4H5ClO2
- Un campione avente massa 2.52 g contiene carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto. Dopo la sua combustione si sono ottenuti 4.36 g di CO2 e 0.892 g di H2 Da un altro campione di massa 4.14 g si sono ottenuti 2.60 g di SO3 mentre da 5.66 g di campione si sono ottenuti 2.80 g di HNO3. Determinare la formula minima
Le moli di CO2 sono pari a 4.36 g /44.01 g/mol= 0.0991
I grammi di carbonio contenuti nel composto sono 0.0991 mol · 12.011 g/mol= 1.19 g
Le moli di acqua sono pari a 0.892 g/18.01 g/mol= 0.0495
Le moli di idrogeno sono quindi 2 · 0.0495= 0.0990
I grammi di idrogeno contenuti nel composto sono 0.0990 mol · 1.008 g/mol= 0.0998 g
Da un campione di 2.52 g si ottengono 2.60 · 2.52/4.14= 1.58 g di SO3
Moli di SO3= 1.58 g/80.066 g/mol=0.0198 = moli di S
Massa di S = 0.0198 mol · 32.066 g/mol= 0.634 g
Da 2.52 g di campione si ottengono 2.80 · 2.52/5.66 = 1.25 g di HNO3
Moli di HNO3 = 1.25 g /63.01 g/mol=0.0198 = moli di N
Massa di N = 0.0198 mol · 14.0067 g/mol= 0.277 g
La massa di ossigeno presente nel composto viene calcolata per differenza:
massa di ossigeno = 2.52 – (1.19 +0.0998 + 0.634 + 0.277)=0.319 g
Moli di ossigeno = 0.319 g/15.999 g/mol = 0.0199
In definitiva il rapporto molare fra i vari elementi è:
C 0.0991
H 0.0990
S 0.0198
N 0.0198
O 0.0199
Per ottenere numeri interi dividiamo per il numero più piccolo che nella fattispecie è 0.0198
C = 0.0991/0.0198 = 5
H = 0.0990/0.0198 = 5
S = 0.0198/0.0198 = 1
N = 0.0198/0.0198 = 1
O = 0.0199/0.0198 = 1
Pertanto la formula minima del composto è C5H5SNO
- Dalla combustione di un composto avente massa molare pari a 32.05 g/mol contenente solo azoto e idrogeno si sono ottenuti 9.82 g di NO2 e 3.85 g di H2 determinare la formula minima e la formula molecolare del composto
Le moli di NO2 sono pari a 9.82 g/46.0 g/mol= 0.213 = moli di N
Moli di H2O = 3.85 g/18.01 g/mol =0.213
Moli di H = 0.213 · 2 = 0.426
Il rapporto molare tra i due elementi è
N 0.213
H 0.426
Dividendo per il numero più piccolo
N = 0.213/0.213= 1
H = 0.426/0.213 = 2
La formula minima è quindi NH2 che ha una massa molare di 16.02 g/mol
Dal rapporto tra la massa molare del composto e quello della sua formula minima si ha:
32.05 g/mol/ 16.02 g/mol = 2
La formula molecolare si ottiene moltiplicando per 2 la formula minima che è quindi N2H4