Esercizio - formula minima e molecolare da analisi elementare e da combustione

---

1. Formula minima da percentuali

Si prendono $100\ \text{g}$ di composto: le masse sono uguali alle percentuali. Moli:

$$n(\text{C}) = \frac{52{,}14}{12{,}011} = 4{,}341\qquad n(\text{H}) = \frac{13{,}13}{1{,}008} = 13{,}03\qquad n(\text{O}) = \frac{34{,}73}{15{,}999} = 2{,}171$$

Si divide per il più piccolo ($2{,}171$):

$$\text{C}: \frac{4{,}341}{2{,}171} = 2{,}00\qquad\text{H}: \frac{13{,}03}{2{,}171} = 6{,}00\qquad\text{O}: 1{,}00$$

Rapporti interi: formula minima $\mathbf{C_2H_6O}$ ($M = 46{,}07$; è l'etanolo, o il suo isomero etere dimetilico: dalla sola composizione non si distinguono).

2. Vitamina C

$$n(\text{C}) = \frac{40{,}92}{12{,}011} = 3{,}407\qquad n(\text{H}) = \frac{4{,}58}{1{,}008} = 4{,}544\qquad n(\text{O}) = \frac{54{,}50}{15{,}999} = 3{,}406$$

Dividendo per $3{,}406$: C $1{,}000$; H $1{,}334$; O $1{,}000$. Il rapporto per H è $1{,}33 = 4/3$: non si arrotonda a 1, si moltiplica per $3$: C $3$, H $4$, O $3$. Formula minima $\text{C}_3\text{H}_4\text{O}_3$, $M_{\min} = 3\cdot 12{,}011 + 4\cdot 1{,}008 + 3\cdot 15{,}999 = 88{,}06\ \text{g/mol}$.

$$n = \frac{176{,}1}{88{,}06} = 2{,}00\ \Rightarrow\ \text{formula molecolare }\mathbf{C_6H_8O_6}$$

3. Analisi per combustione

Tutto il carbonio del campione è finito in $\text{CO}_2$, tutto l'idrogeno in $\text{H}_2\text{O}$.

$$m_{\text{C}} = 0{,}3663\cdot\frac{12{,}011}{44{,}009} = 0{,}09997\ \text{g}\qquad m_{\text{H}} = 0{,}1499\cdot\frac{2\cdot 1{,}008}{18{,}015} = 0{,}01677\ \text{g}$$

L'ossigeno si trova per differenza (parte dell'ossigeno dei prodotti viene dall'ossigeno dell'aria):

$$m_{\text{O}} = 0{,}2500 - 0{,}09997 - 0{,}01677 = 0{,}13326\ \text{g}$$

Moli: C $0{,}09997/12{,}011 = 0{,}008323$; H $0{,}01677/1{,}008 = 0{,}01664$; O $0{,}13326/15{,}999 = 0{,}008329$. Divisi per $0{,}008323$: C $1{,}000$, H $2{,}000$, O $1{,}001$. Formula minima $\text{CH}_2\text{O}$ ($M = 30{,}03$). Con $M\approx 60$: $n = 60/30{,}03 = 2$, formula molecolare $\mathbf{C_2H_4O_2}$ (acido acetico o suoi isomeri; $M = 60{,}05$).

Percentuali del campione: C $39{,}99\,\%$, H $6{,}71\,\%$, O $53{,}30\,\%$ (somma $100\,\%$).

4. Idrocarburo

Se è un idrocarburo, il resto è idrogeno: $100 - 85{,}63 = 14{,}37\,\%$ di H.

$$n(\text{C}) = \frac{85{,}63}{12{,}011} = 7{,}129\qquad n(\text{H}) = \frac{14{,}37}{1{,}008} = 14{,}26\qquad\text{rapporto } \text{C} : \text{H} = 1 : 2{,}000$$

Formula minima $\text{CH}_2$ ($M = 14{,}03$). $n = 56{,}1/14{,}03 = 4{,}00$: formula molecolare $\mathbf{C_4H_8}$ (butene o ciclobutano).

5. Domanda teorica

Sì: $\text{C}_2\text{H}_4$ e $\text{C}_3\text{H}_6$ hanno entrambi formula minima $\text{CH}_2$, quindi la stessa composizione percentuale ($85{,}63\,\%$ C e $14{,}37\,\%$ H). Per distinguerli serve la massa molare ($28{,}05$ contro $42{,}08\ \text{g/mol}$), che dà il fattore $n$. Gli isomeri (stessa formula molecolare) richiedono la conoscenza della struttura (spettroscopia).

Risultati

Errori comuni

• Arrotondare $1{,}33$ a $1$ (o $1{,}5$ a $2$) invece di moltiplicare per un intero.
• Dimenticare che un idrocarburo non contiene altri elementi e calcolare H per differenza.
• Confondere $M_{\min}$ e $M$: il fattore $n$ è il loro rapporto.
• Calcolare O dai prodotti della combustione invece che per differenza.