Formula minima di un composto dall’analisi per combustione

Un metodo per determinare la formula minima di un composto che può essere bruciato facilmente consiste nell’analisi per combustione.

Il campione viene precedentemente pesato e bruciato in corrente di ossigeno gassoso.

Se il composto di partenza contiene carbonio, idrogeno e, eventualmente anche ossigeno, i prodotti di combustione saranno biossido di carbonio CO₂ e vapore acqueo H₂O.

Tali prodotti vengono fatti assorbire da particolari sostanze. L’aumento della massa di questi assorbitori corrisponde alle rispettive quantità dei prodotti di reazione.

Tutti gli atomi di carbonio presenti nel composto producono altrettante molecole di CO₂, mentre tutti gli atomi di idrogeno presenti nel composto producono un numero di molecole di acqua pari alla metà.

Gli atomi di ossigeno eventualmente presenti in CO₂ e in H₂O provengono sia dagli eventuali atomi di ossigeno presenti nel composto, ma anche dall’ossigeno gassoso usato, la quantità di ossigeno deve essere calcolata indirettamente.

Esercizi sulla formula minima di un composto dall’analisi per combustione

1)       Un campione di 0.1888 g di un idrocarburo produce 0.6260 g di CO₂ e 0.1602 g di H₂O dall’analisi per combustione. La massa molare di tale composto è 106 u. Per questo idrocarburo determinare :

a)      La composizione percentuale

b)     La formula minima

c)      La formula molecolare

Moli di CO₂ = 0.6260 g / 44.009 g/mol= 0.01422

Le moli di C contenute nel composto corrispondono a quelle di CO₂ ovvero 0.01422

La massa di C presente nel composto è 0.01422 mol · ( 12.011 g/mol)=0.1708 g

Moli di H₂O = 0.1602 g/ 18.02 g/mol= 0.008890

Moli di idrogeno presenti nel composto = 0.008890 · 2 = 0.01778

Massa di idrogeno = 0.01778 mol · 1.008 g/mol= 0.01792 g

Massa totale = 0.01792 + 0.1708 = 0.1887 g

% di carbonio = 0.1708 · 100/ 0.1887 = 90.5

% di idrogeno = 0.01792 · 100/ 0.1887 = 9.50

Per rispondere al punto b) note le moli di CO₂ e quelle di H₂O dividiamo per il valore più piccolo al fine di ottenere il rapporto tra esse :

moli H / moli C = 0.01778/ 0.01422 = 1.25

La formula è CH_1.25. Al fine di ottenere numeri interi moltiplichiamo per 4 e si ha la formula minima C₄H₅ la cui massa molare è 53 u

Per rispondere al punto c) dividiamo la massa molare del composto determinata sperimentalmente per la massa molare della formula minima :

106/53 = 2

Moltiplichiamo per 2 la formula minima per ottenere la formula molecolare :

C₈H₁₀

2)     Calcolare i grammi di C₁₁H₁₆O₂ necessari a produrre, in seguito a combustione 0.5000 g di CO_2.

Moli di CO₂ = 0.5000 g / 44.009 g/mol= 0.01136

Poiché il rapporto stechiometrico tra C₁₁H₁₆O₂ e CO₂ è 1 : 1

Le moli di C₁₁H₁₆O₂ necessarie sono 0.01136/11 = 0.001032

La massa di C₁₁H₁₆O₂ necessaria è data dal prodotto tra moli e massa molare : 0.001032 · 180.25 g/mol = 0.1852 g

3)     La dimetilidrazina è un composto costituito da carbonio, idrogeno e azoto. Per combustione di 0.312 g di tale  campione si ottengono 0.458 g do CO₂ e 0.374 g di H₂O. Da un altro campione di 0.525 g l’azoto contenuto viene trasformato in 0.244 g di N₂. Determinare la formula minima della dimetilidrazina.

CO₂ = 0.458 g / 44.009 g/mol= 0.0104 ; le moli di CO₂ corrispondono alle moli di C nel composto. Le moli sono pari a:

H₂O = 0.374 g/ 18.02 g/mol= 0.02075

H= 0.02075 · 2 = 0.0415

Le moli di ciascun componente derivanti dalla combustione di 0.525 g di campione sono:

N2  = 0.244 g/ 28.01 g/mol= 0.00871

Moli di N  = 0.00871 · 2 = 0.0174

Le moli di N derivanti dalla combustione di 0.312 g di composto = 0.0174 · 0.312/ 0.525 = 0.0103

Il rapporto tra le specie nella molecola è

C _0.0104H_0.0415N_0.0103

Per ottenere la formula minima dividiamo ciascun pedice per il numero più piccolo dei 3

C = 0.0104/0.0103 = 1

H = 0.0415/ 0.0103 = 4

N = 0.0103/0.0103 = 1

Pertanto la formula minima è CH₄N