• Contribuție de Ed Vitz, John W. Moore, Justin Shorb, Xavier Prat-Resina, Tim Wendorff și Adam Hahn
  • ChemPRIME la Biblioteca digitală de educație chimică (ChemEd DL)

Chimiștii folosesc compoziția elementară a compușilor pentru a determina formulele lor (și invers). Ne vom uita la unele dintre hiperbolele din jurul sării și aditivilor de sare pentru a explora semnificația formulelor.

alimente

Iată câteva dintre afirmațiile producătorilor de sare pe care le putem examina științific:

Nutriție

FDA cere ca sarea de calitate alimentară să fie de cel puțin 97,5% NaCl, dar de obicei este mult mai pură. Sarea de mare este de obicei aproximativ 99% NaCl, deoarece este sarea în cea mai mare concentrație și precipită mai întâi în formă aproape pură atunci când apa de mare este condensată. [3] Sarea de mare nu este o sursă semnificativă de nutrienți, cu excepția NaCl. Putem spune din formulă că sarea trebuie să aibă 39,34% Na și 60,66% Cl (vezi mai jos), deci poate fi puțină dezbatere cu privire la faptul că un tip de sare este diferit sau „mai bun” decât altul, cu excepția cazului în care există cantități semnificative de aditivi.

Aditivi

Iod

Unele „săruri marine” nu au aditivi, dar majoritatea sării conține iodură de potasiu (KI) sau iodură cuprosă (CuI) ca aditivi care furnizează nutrienții minerali esențiali iod. Acest aditiv previne bolile tiroidiene. Vom vedea mai jos că aditivul cu cel mai mic iod pe gram este adesea folosit și vom explica de ce.

Reducerea zaharurilor

Dacă se adaugă KI la sare, trebuie adăugat un aditiv suplimentar pentru a-l proteja de oxidarea aerului pentru a da iod elementar (I2), care nu are valoare nutritivă (și este de fapt toxic). Un zahăr reducător este explorat mai jos într-un exemplu.

Agenți anti-aglomerare

Sărurile conțin, de asemenea, agenți anti-aglomerare pentru a preveni aglomerarea lor în aerul umed, dar acei aditivi sunt de obicei insolubili și inofensivi și prezenți la niveluri foarte scăzute. Sarea de masă a lui Morton conține 0,2 până la 0,7% silicat de calciu [4], ceea ce explică de ce soluțiile de sare de masă sunt tulburi. Sarea Kosher grosieră a lui Morton conține ferocianură de sodiu [Na4Fe (CN) 6] ca agent antiaglomerant, care se poate descompune în acid pentru a da cianură, dar concentrația este de 0,0013%, atât de mică încât nu poate fi o problemă.

Sare cușer

Sarea Kosher este făcută pentru acoperirea cărnii crude sau a păsărilor de curte pentru a o purifica, astfel încât cristalele sunt neregulate și mari [5], ceea ce poate crea „explozii de săruri” superioare sării obișnuite de masă atunci când este folosită pentru sărarea alimentelor. Acesta este singurul motiv pentru care sarea proaspăt măcinată este superioară (nu are aromă de eliberat, așa cum o face ardeiul proaspăt măcinat).

Săruri exotice

Sărurile de tip boutique din întreaga lume pot fi de culoare gri până la negru [6], roz până la roșu, [7] sau alte nuanțe și au arome diferite datorită impurităților pe care le conțin. [8]

Utilitatea formulelor

Am prezentat o vedere microscopică a reacției chimice dintre potasiu (un metal reactiv) și iod (un solid purpuriu otrăvitor) pentru a forma KI alb, nutritiv. Ecuația

reprezintă același eveniment din punct de vedere al simbolurilor și formulelor chimice.

De asemenea, am observat că reacția dintre Cu și I2, sau între Cu 2+ și I - dă CuI, nu CuI2:

\ [\ ce + 4 I ^ → 2 CuI + I2> \ label \]

Dar cum merge un chimist practicant descoperi ce se întâmplă la scara microscopică? În cazul reacției (2) de mai sus, ne-am aștepta la CuI2, deci de unde știm că produsul este CuI?

Când se efectuează o reacție pentru prima dată, se știe puțin despre natura microscopică a produselor. Prin urmare, este necesar să se determine experimental compoziția și formula unei substanțe nou sintetizate.

Primul pas într-o astfel de procedură este de obicei separarea și purificarea produselor unei reacții. Solubilitatea scăzută a CuI în apă ar permite purificarea prin recristalizare. Produsul ar putea fi dizolvat într-o cantitate mică de apă fierbinte și filtrat pentru a elimina impuritățile nedizolvate. La răcire și evaporarea parțială a apei, s-ar forma cristale de CuI relativ pur. Compararea proprietăților sale, cum ar fi culoarea și punctul de topire, cu un manual sau tabel de date conduce la concluzia că este CuI.

Dar să presupunem că tu ai fost primul persoana care a pregătit vreodată CuI. Nu existau tabele care să enumere proprietățile sale atunci și, deci, cum ați putea determina că formula ar trebui să fie CuI? Un răspuns implică analiza cantitativa—Determinarea procentului în masă al fiecărui element din compus. Astfel de date sunt de obicei raportate ca procent compoziție.

Când 10,0 g de cupru reacționează cu iod suficient, se formează 29,97 g dintr-un compus pur. Calculați compoziția procentuală din aceste date experimentale.

Soluţie

Procentul de mercur este masa de mercur împărțită la masa totală a compusului de 100%:

Restul compusului (29,97 g - 10 g = 19,97 g) este iod: Ca verificare, verificați dacă procentele se adaugă la 100: 66,6% + 33,4% = 100%

Calculul formulelor din% Compoziție

Pentru a obține formula din datele procentuale ale compoziției, trebuie să găsim câți atomi de iod sunt pe atom de cupru. La o scară macroscopică, acest lucru corespunde raportului dintre cantitatea de iod și cantitatea de cupru. Dacă formula este CuI, nu numai că indică existența unui iod atomi pe cupru atom, mai spune că există 1 mol de atomi de iod pentru fiecare 1 mol de atomi de cupru. Adică Cantitate de iod este la fel ca Cantitate de cupru. Numerele din raportul dintre cantitatea de iod și cantitatea de cupru (1: 1) sunt indicii de iod și cupru din formulă, deși atunci când sunt 1, indicii sunt omiși (Cu1I1 = CuI).

EXEMPLUL 2 Determinați formula compusului a cărui compoziție procentuală a fost calculată în exemplul anterior.

Soluţie Pentru comoditate, presupunem că avem 100 g de compus. Dintre acestea, 66,6 g (66,6%) este iod și 33,4 g este cupru. Fiecare masă poate fi convertită într-o cantitate de substanță

Împărțind cantitatea mai mare cu cea mai mică, avem Raportul 1,03 mol Cu la 1 mol I implică, de asemenea, că există 1,03 Cu atom per 1 I atom. Dacă teoria atomică este corectă, nu există un atom de 0,03 Cu; în plus, numărul nostru este bun doar la trei cifre semnificative. Prin urmare, rotunjim 1,03 la 1 și scriem formula ca CuI.

EXEMPLUL 3 O iodură instabilă de cupru este izolată la temperatură scăzută și se constată că are compoziția 20,0% Cu, 80,0% I. Găsiți formula sa.

Soluţie Să presupunem din nou o probă de 100 g și calculați cantitatea fiecărui element:

Raportul este

Prin urmare, am atribui formula CuI2.

Formula determinată prin această metodă se numește formulă empirică sau cea mai simplă formulă. Ocazional, formula empirică diferă de compoziția moleculară reală sau de formulă moleculară, deoarece raportul 1: 2 este același cu 2: 4. De exemplu, un compus din N și O cu formula empirică NO2 poate fi de fapt N2O4. Determinarea experimentală a greutății moleculare în plus față de compoziția procentuală permite calcularea formulei moleculare.

Reducerea zaharurilor

Dacă se adaugă KI în sare, se adaugă un „zahăr reducător” pentru a proteja KI de oxidarea aerului pentru a da iod (care este violet, dar se vaporizează ușor și se pierde prin sare), mai ales în prezența umidității și acidului, care consumabile H +:

Zahărul reducător reacționează cu oxigenul (sau alți agenți de oxidare care pot fi prezenți) înainte ca această reacție să poată apărea.

EXEMPLUL 4 Un antioxidant din sarea de masă a lui Morton are o compoziție de 40,00% C, 53,28% O și 6,713% H, iar greutatea sa moleculară este de 180,16 prin măsurători ale punctului de îngheț. Determinați-i formulele empirice și moleculare.

Împărțind fiecare dintre cele mai mici:

Împărțind fiecare dintre cele mai mici:

Formula empirică este deci CH2O. Greutatea moleculară corespunzătoare formulei empirice este

12,01 + 2 × 1,008 + 15,9994 = 30,03

Deoarece greutatea moleculară experimentală este 180,16, aceasta reprezintă 180,16/30,03 sau 6,0 x la fel de mare, toate indicele trebuie multiplicate cu 6, iar formula moleculară este C6H12O6. Dextroza este un zahăr reducător, datorită grupului C = O al structurii lanțului deschis.

Ocazional, raportul sumelor nu este un număr întreg.

Agenți anti-aglomerare

Un agent anti-aglomerare obișnuit este silicatul de calciu, CaSiO3, dar zeoliții și mineralele de calciu precum „cenușa osoasă” sunt frecvent utilizate.

EXEMPLUL 5 O probă de agent antiaglomerant „cenușă osoasă” conține 38,76% Ca, 19,971% P și 41,26% O. Care este formula sa empirică?

Împărțiți-i pe toți trei la cea mai mică cantitate de substanță. În mod clar, există de patru ori mai mulți atomi de O decât atomii de P, dar raportul dintre Ca și P este mai puțin evident. Trebuie să convertim 1,5 la un raport de numere întregi mici. Acest lucru se poate face schimbând cifrele după punctul zecimal într-o fracție. În acest caz, .5 devine 1/2. Astfel 1,5 = 2/2 + 1/2 =. [într-un caz mai complicat, cum ar fi 2.25, .25 devine ¼. Astfel 2,25 = 2¼ =].

De asemenea, putem scrie Astfel formula empirică este Ca3P2O8, care este fosfat tricalcic (Ca3 (PO4) 2), un supliment nutritiv important și mineral.

Calcularea compoziției procentuale a NaCl, KI și CuI din formule

Odată ce cineva a stabilit o formulă - empirică sau moleculară - este posibil ca altcineva să facă calculul invers. Găsirea compoziției procentuale în greutate din formulă se dovedește adesea destul de informativă, așa cum arată exemplul următor.

A. Dovediți că tot NaCl este 39,34% Na și 60,66% Cl, așa cum s-a revendicat mai sus.

b. Care dintre suplimentele nutritive, KI sau CuI, are cel mai mare procent I?

A. 1 mol NaCl conține 1 mol Na și 1 mol Cl. Masa molară este astfel

M = 22,99 + 35,45 = 58,44 g mol –1

O probă de 1 mol de NaCI ar cântări 58,44 g. Masa de 1 mol Na pe care o conține este

Prin urmare, procentul de Na este

Procentul de Cl trebuie să fie de 100% - 39,34% = 60,66%, dar putem verifica:

Prin urmare, procentul de Cl este

1 mol KI conține 1 mol K și 1 mol I. Masa molară este astfel

M = 39,098 + 126,9 = 166,0 g mol –1 În mod similar, masa molară a CuI este 190,45.

O probă de 1 mol de KI ar cântări 166,0 g. Masa de 1 mol I pe care o conține este

Prin urmare, procentul de I este

Procentul de K trebuie să fie de 100% - 76,5% = 23,5%, dar putem verifica:

Prin urmare, procentul de K este

Procentele de I din CuI sunt

Chiar dacă CuI are un% I mai mic (KI furnizează mai mult I pe gram), este adesea utilizat deoarece este mai puțin supus oxidării iodurii decât KI.

Referințe

  1. ↑ en.Wikipedia.org/wiki/Black_lava_salt
  2. ↑ en.Wikipedia.org/wiki/Kala_Namak
  3. ↑ Wolke, R.L. „Ce i-a spus Einstein bucătarului său”, W.W. Norton & Co., NY, 2002, p. 51
  4. ↑ Wolke, R.L. „Ce i-a spus Einstein bucătarului său”, W.W. Norton & Co., NY, 2002, p. 52
  5. ↑ Wolke, R.L. „Ce i-a spus Einstein bucătarului său”, W.W. Norton & Co., NY, 2002, p. 56
  6. ↑ en.Wikipedia.org/wiki/File:Black_Salt.jpg
  7. ↑ en.Wikipedia.org/wiki/Kala_Namak
  8. ↑ Wolke, R.L. „Ce i-a spus Einstein bucătarului său”, W.W. Norton & Co., NY, 2002, p. 49

Colaboratori și atribuții

Ed Vitz (Universitatea Kutztown), John W. Moore (UW-Madison), Justin Shorb (Hope College), Xavier Prat-Resina (Universitatea din Minnesota Rochester), Tim Wendorff și Adam Hahn.