Basit Formül ve Molekül Formülü Nasıl Bulunur?

Basit formül ile molekül formülü arasındaki fark

Basit formül, bir bileşikte bulunan elementlerin en sade tam sayı oranını gösterir. Molekül formülü ise tek bir molekülde her elementten gerçekte kaç atom bulunduğunu belirtir. Bu nedenle basit formül oran bilgisini, molekül formülü ise gerçek atom sayılarını verir.

Örneğin asetik asidin molekül formülü C2H4O2'dir. Bu formüldeki atom oranı 2:4:2 olduğundan tüm alt indisler 2'ye bölünür ve basit formül CH2O elde edilir. Tersine, basit formül CH2O tek başına molekülün kesin olarak CH2O mu, C2H4O2 mi yoksa bunun başka bir tam sayı katı mı olduğunu göstermez.

Molekül formülü her zaman basit formülün tam sayı katıdır. Bu yüzden hesaplama sırası genellikle önce basit formülü bulmak, sonra bileşiğin mol kütlesini kullanarak bu formülün kaç katı olduğunu belirlemektir. Basit formül ile molekül formülü arasındaki fark, özellikle aynı element oranına sahip farklı bileşiklerin ayırt edilmesinde önemlidir.

Kütle veya yüzde bileşimden elementlerin mol oranlarını bulma

Basit formül hesabının ilk adımı, her elementin verilen miktarını mole çevirmektir. Çünkü farklı elementlerin gram cinsinden kütleleri doğrudan karşılaştırılamaz; bir elementin bir molü ile başka bir elementin bir molü farklı kütlelere sahiptir. Her element için mol sayısı, gram cinsinden kütlenin o elementin mol atom kütlesine (g/mol; sayıca bağıl atom kütlesine eşittir) bölünmesiyle bulunur.

Bağıl atom kütlesi, bir atomun kütlesini karşılaştırmalı olarak ifade eden değerdir; mol kütlesi ise bir mol maddenin gram cinsinden kütlesidir. Gerekli atom ve mol kütlesi bilgileri için mol kütlesi konusuna başvurulabilir.

Örneğin bir bileşikte 12 g karbon ve 2 g hidrojen bulunduğunu düşünelim. Karbonun bağıl atom kütlesi yaklaşık 12, hidrojeninki yaklaşık 1 alınır:

C molü = 12 / 12 = 1 mol H molü = 2 / 1 = 2 mol

Böylece elementlerin mol oranı C:H = 1:2 olur. Bu oran henüz formülün son hâli değildir; sonraki adımda en küçük tam sayı oranı olarak değerlendirilir.

Yüzde bileşim verildiğinde işlem için kolaylık sağlamak amacıyla 100 g bileşik alınabilir. Böylece yüzde değeri doğrudan gram değerine dönüşür; örneğin %75 karbon ve %25 hidrojen, 100 g örnekte 75 g karbon ve 25 g hidrojen anlamına gelir. Daha sonra bu kütleler atom kütlelerine bölünerek mole çevrilir: C için 75 / 12 = 6,25 mol, H için 25 / 1 = 25 mol bulunur. Her iki değer en küçük olan 6,25'e bölündüğünde C:H = 1:4 oranı ve CH4 basit formülü elde edilir.

Mol oranlarını en küçük tam sayılara dönüştürerek basit formülü belirleme

Elementlerin mol sayıları bulunduktan sonra bütün mol değerleri en küçük mol değerine bölünür. Bu işlem, elementlerin birbirine göre oranını belirler. Elde edilen değerler tam sayılara çok yakınsa uygun tam sayılara yuvarlanır; ardından bu sayılar element sembollerinin alt indisi olarak yazılır.

Önceki örnekte karbon ve hidrojen miktarları sırasıyla 1 mol ve 2 mol bulunmuştu. En küçük değer 1 olduğundan oranlar şöyle olur:

C oranı = 1 / 1 = 1 H oranı = 2 / 1 = 2

Sonuç C:H = 1:2 olduğuna göre basit formül CH2'dir. Burada C'nin alt indisi 1 olduğu için yazılmaz; H'nin alt indisi 2 olarak yazılır.

Başka bir örnekte mol oranlarının 2:4:2 olduğu bulunursa bu oranların hepsi 2'ye bölünür ve 1:2:1 elde edilir. Elementler sırasıyla C, H ve O ise basit formül CH2O olur. En büyük ortak bölenle sadeleştirme, formülün gerçekten en küçük tam sayı oranını göstermesini sağlar.

Bazı hesaplamalarda sonuçlar tam sayı yerine 1,5; 1,33 veya 1,25 gibi değerlere yakın çıkabilir. Böyle durumlarda bütün oranları uygun küçük bir tam sayıyla çarparak tam sayılı oran elde etmek gerekir. Ancak rastgele yuvarlama yapılmamalı; seçilen katsayı bütün elementlerin oranını birlikte tam sayıya dönüştürmelidir.

Basit formül ve mol kütlesinden molekül formülünü bulma

Molekül formülünü bulmak için önce basit formülün formül kütlesi hesaplanır. Bunun için basit formüldeki her elementin atom kütlesi, alt indisiyle çarpılır ve sonuçlar toplanır. Daha sonra bileşiğin gerçek mol kütlesi, basit formülün formül kütlesine bölünür. Elde edilen tam sayı, basit formüldeki bütün alt indislerin çarpılacağı katsayıdır.

Örneğin basit formül CH2O olsun. C'nin atom kütlesi 12, H'nin 1 ve O'nun 16 alınırsa basit formülün kütlesi şöyledir:

CH2O formül kütlesi = 12 + (2 x 1) + 16 = 30 g/mol

Bileşiğin mol kütlesi 60 g/mol olarak verilirse:

n = Bileşiğin mol kütlesi / Basit formülün kütlesi n = 60 / 30 = 2

Bu sonuç, molekül formülünün basit formülün 2 katı olduğunu gösterir. CH2O içindeki bütün alt indisler 2 ile çarpılır ve molekül formülü C2H4O2 bulunur. Bu örnekte basit formül yalnızca 1:2:1 oranını, molekül formülü ise moleküldeki gerçek atom sayılarını verir.

Oran sonucu tam sayı çıkmıyorsa hesaplamada kullanılan atom kütleleri, yüzde değerleri veya verilen mol kütlesi yeniden kontrol edilmelidir. Çünkü bir molekül formülünün basit formüle oranı her zaman pozitif bir tam sayı olmalıdır. Mol kütlesi verilmeden yalnızca basit formülden molekül formülünün kesin olarak bulunamayacağı da unutulmamalıdır.

Yanma analiziyle bileşik formülü bulma, benzer amaca farklı deneysel verilerle ulaşan ayrı bir hesaplama konusudur; kristal suyu içeren hidratların formülünü bulma da ayrıca ele alınır.

Sonucun kimyasal formül olarak kontrol edilmesi

Hesaplama tamamlandıktan sonra formül birkaç açıdan kontrol edilmelidir. Öncelikle element sembollerinin doğru yazıldığından ve alt indislerin pozitif tam sayılar olduğundan emin olunmalıdır. Basit formülde alt indislerin ortak bir böleni kalmamalıdır; aksi durumda oranlar henüz en sade hâline getirilmemiş demektir.

Molekül formülünde ise bütün alt indisler, basit formülün alt indislerinin aynı tam sayı katsayıyla çarpılmasıyla elde edilmelidir. Örneğin basit formül CH2O ve molekül formülü C2H4O2 ise her alt indis 2 ile çarpılmıştır. Ayrıca bulunan molekül formülünün formül kütlesi, verilen mol kütlesine eşit olmalıdır. Elementlerin formüldeki kütle katkılarından hesaplanan yüzde değerleri de verilen yüzde bileşimle uyumlu çıkıyorsa sonuç desteklenmiş olur.

Son kontrol olarak atom oranları yeniden sadeleştirilir. Eğer molekül formülündeki bütün alt indisler ortak bir sayıya bölünebiliyorsa elde edilen daha küçük formül basit formüldür; bu beklenen ilişkidir. Buna karşılık katsayıların tam sayı olmaması, mol kütlesiyle uyuşmaması veya yüzde bileşimden uzaklaşması, önceki mol dönüşümü ya da oran sadeleştirmesinde hata olduğunu gösterir.