สูตรโมเลกุล

สูตรโมเลกุลให้จำนวนอะตอมจริงของแต่ละธาตุในหนึ่งโมเลกุล จึงเป็นการขยายสูตรเอมพิริคัลด้วยตัวคูณเดียว และต้องมีมวลโมลาร์ของสารมาช่วยเลือกตัวคูณ

รู้สูตรเอมพิริคัลและคำนวณมวลโมลาร์ของสูตรได้; แยกสารโมเลกุลออกจากสารไอออนิกที่เขียนเป็นหน่วยสูตร

เข้าใจเนื้อหาและเงื่อนไข

1. เปรียบเทียบมวลโมลาร์จริงกับมวลของสูตรเอมพิริคัล

• สูตรโมเลกุล (Molecular formula) แสดงจำนวนอะตอมจริงของแต่ละธาตุที่มีอยู่ใน 1 โมเลกุลของสาร ซึ่งเป็นจำนวนเท่าของสูตรเอมพิริคัล

• การหาตัวคูณจำนวนเท่า ($k$): $$k = \frac{M_{\text{จริง}}}{M_{\text{เอมพิริคัล}}}$$
  • $M_{\text{จริง}}$: มวลโมลาร์จริงของสารที่ได้จากการทดลอง (หน่วย $\mathrm{g/mol}$)
  • $M_{\text{เอมพิริคัล}}$: มวลของสูตรเอมพิริคัลที่คำนวณจากสูตรอย่างต่ำ (หน่วย $\mathrm{g/mol}$)
  • ทั้ง $M_{\text{จริง}}$ และ $M_{\text{เอมพิริคัล}}$ ต้องอยู่ในหน่วยเดียวกัน
  • ค่า $k$ ต้องได้เป็นจำนวนเต็มบวก ($1, 2, 3, \dots$) หาก $k = 1$ แสดงว่าสูตรโมเลกุลเป็นสูตรเดียวกับสูตรเอมพิริคัล

• จุดสังเกตสำคัญในภาพ:
  • ภาพรวม: การขยายสูตรเอมพิริคัลไปเป็นสูตรโมเลกุลโดยรักษาอัตราส่วนอะตอมเดิม
  • ส่วนประกอบและสัญลักษณ์:
    • สูตรอย่างต่ำ: $\mathrm{CH_2O}$ ($M_{\text{เอมพิริคัล}} = 12.01 + 2.02 + 16.00 = 30.03\ \mathrm{g/mol}$)
    • ตัวคูณ $k$: $k = \frac{180.16\ \mathrm{g/mol}}{30.03\ \mathrm{g/mol}} \approx 6$
    • สูตรโมเลกุล: $(\mathrm{CH_2O})_6 = \mathrm{C_6H_{12}O_6}$ (กลูโคส)
    • กฎสำคัญ: ตรวจสอบย้อนกลับว่าอัตราส่วน $\mathrm{C:H:O} = 1:2:1$ ยังคงเดิม
  • ข้อจำกัดของภาพจำลอง: แสดงความสัมพันธ์ของสูตรเคมี สูตรโมเลกุลใช้ได้กับสารที่มีหน่วยโมเลกุลจริง สารไอออนิกใช้หน่วยสูตรอย่างต่ำเท่านั้น

2. คูณเลขห้อยของทุกธาตุด้วยตัวคูณ $k$

• การหาสูตรโมเลกุล: $$\text{สูตรโมเลกุล} = (\text{สูตรเอมพิริคัล})_k$$
  • นำตัวคูณ $k$ ไปคูณเลขห้อยของ ทุกธาตุ ในสูตรเอมพิริคัล ห้ามคูณเฉพาะธาตุใดธาตุหนึ่งเพราะจะทำให้อัตราส่วนเคมีที่วิเคราะห์ได้ผิดเพี้ยน
• การตรวจสอบผลลัพธ์ย้อนกลับ:
  • คำนวณมวลโมลาร์จากสูตรโมเลกุลที่ได้ ค่าที่ได้ต้องตรงกับ $M_{\text{จริง}}$ ที่โจทย์ระบุ
  • เมื่อนำเลขห้อยทั้งหมดในสูตรโมเลกุลมาหารด้วยตัวหารร่วมมาก (ห.ร.ม.) จะต้องได้สูตรเอมพิริคัลเดิม

3. ขอบเขตการใช้สูตรโมเลกุลกับชนิดของสาร

• สารโคเวเลนต์ที่มีโมเลกุลเดี่ยว:
  • ใช้สูตรโมเลกุลเพื่อบอกจำนวนอะตอมจริงต่อหนึ่งโมเลกุล เช่น น้ำ ($\mathrm{H_2O}$), น้ำตาลกลูโคส ($\mathrm{C_6H_{12}O_6}$), หรือก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ($\mathrm{CO_2}$)
  • สูตรเอมพิริคัลเพียงอย่างเดียวไม่สามารถบอกขนาดโมเลกุลจริงได้ เช่น $\mathrm{CH_2O}$ อาจเป็นฟอร์มาลดีไฮด์ ($\mathrm{CH_2O}$, $k=1$) หรือกรดแอซีติก ($\mathrm{C_2H_4O_2}$, $k=2$) หรือกลูโคส ($\mathrm{C_6H_{12}O_6}$, $k=6$)
• สารประกอบไอออนิกและผลึกร่างตาข่าย:
  • สารประกอบไอออนิก เช่น $\mathrm{MgCl_2, NaCl}$ จัดเรียงตัวเป็นโครงผลึกต่อเนื่องขนาดใหญ่ ไม่มีหน่วยโมเลกุลเดี่ยวในธรรมชาติ
  • จึงรายงานในรูป หน่วยสูตร (Formula unit) ซึ่งเป็นอัตราส่วนอย่างต่ำอยู่แล้ว และไม่มีความหมายของสูตรโมเลกุลจากการคูณด้วย $k$

ความรู้นี้ใช้กับโจทย์แบบไหน?

ตัวอย่างโจทย์พร้อมวิธีคิด