Яка є молекулярна формула органічної речовини з вмістом Карбону 64,8%, Гідрогену – 13,5%, Оксигену – 21,6%, і відносною

Перш за все, нам потрібно знайти атомну формулу органічної речовини з вказаним вмістом Карбону, Гідрогену та Оксигену.

Для цього розглянемо відсоткові співвідношення елементів у масовій одиниці (грамі) речовини.

Масова частка вуглецю (C) у речовині становить 64,8%, що відповідає 64,8 г Карбону на 100 г речовини. Аналогічно, масові частки гідрогену (H) та кисню (O) становлять 13,5% і 21,6% відповідно, що приблизно дорівнює 13,5 г H і 21,6 г O на 100 г речовини.

Для пошуку емпіричної формули нам потрібно розрахувати число моль гідрогену (H) та кисню (O) у речовині.

Число моль гідрогену H розраховується за формулою:

\[n(H) = \frac{{\text{{маса гідрогену (г)}}}}{{\text{{молярна маса гідрогену (г/моль)}}}}\]

Молярна маса водню (H) дорівнює 1 г/моль. Тому:

\[n(H) = \frac{{13,5}}{{1}} = 13,5 \text{{ моль гідрогену}}\]

Аналогічно, розраховуємо число моль кисню O:

\[n(O) = \frac{{\text{{маса кисню (г)}}}}{{\text{{молярна маса кисню (г/моль)}}}}\]

Молярна маса кисню (O) дорівнює 16 г/моль. Тому:

\[n(O) = \frac{{21,6}}{{16}} \approx 1,35 \text{{ моль кисню}}\]

Тепер ми можемо розрахувати число моль вуглецю C, використовуючи стехіометричне співвідношення між атомами C, H та O у речовині.

Коефіцієнти перед атомами у емпіричній формулі вуглецю, гідрогену та кисню будуть відповідати числу молей кожного з цих елементів.

За умовою відносна густина парів речовини за повітрям 2,552. Щоб знайти молекулярну формулу, потрібно розрахувати молекулярну масу сполуки.

Молекулярна маса розраховується за формулою:

\[M = \text{{молярна маса емпіричної формули}} \times n \]

де М - молекулярна маса, n - коефіцієнт перед емпіричною формулою.

Знаючи число молей кожного елементу, ми можемо розрахувати масу кожного елементу:

\[ \text{{маса (г)}} = \text{{молярна маса (г/моль)}} \times n \]

Молярна маса вуглецю (C) дорівнює приблизно 12 г/моль. Тому:

\[ \text{{маса C}} = 12 \times n(C) = 12 \times 1 \approx 12 \text{{ г}} \]

Молярна маса водню (H) дорівнює 1 г/моль. Тому:

\[ \text{{маса H}} = 1 \times n(H) = 1 \times 13,5 = 13,5 \text{{ г}} \]

Молярна маса кисню (O) дорівнює 16 г/моль. Тому:

\[ \text{{маса O}} = 16 \times n(O) = 16 \times 1,35 \approx 21,6 \text{{ г}} \]

Знаючи маси кожного елементу, ми можемо знайти молекулярну масу:

\[ M = \text{{маса C}} + \text{{маса H}} + \text{{маса O}} = 12 + 13,5 + 21,6 = 47,1 \text{{ г/моль}} \]

Тепер ми можемо перевірити, чи можна співвіднести молекулярну масу з емпіричною формулою.

Тому ми знаходимо, що співвідношення молекулярної маси до емпіричної рівне:

\[ 2,552 = \frac{{M_{\text{{молекули}}}}}{{M_{\text{{емпіричної формули}}}}} = \frac{{M_{\text{{молекули}}}}}{{47,1}} \]

Повернемося до розрахунку маси молекули:

\[ M = \frac{{2,552 \cdot M_{\text{{емпіричної формули}}}}}{{47,1}} \]

Отримуємо:

\[ M_{\text{{молекули}}} = 2,552 \cdot 47,1 \approx 120,8 \text{{ г/моль}} \]

Тепер нам потрібно розрахувати формулу речовини. Для цього поділимо молекулярну масу на атомну масу кожного елементу в емпіричній формулі.

Молярна маса вуглецю (C) дорівнює 12 г/моль. Тому:

\[ n(C) = \frac{{M_{\text{{молекули}}}}}{{\text{{молярна маса C (г/моль)}}}} = \frac{{120,8}}{{12}} \approx 10 \text{{ молей C}} \]

Молярна маса водню (H) дорівнює 1 г/моль. Тому:

\[ n(H) = \frac{{M_{\text{{молекули}}}}}{{\text{{молярна маса H (г/моль)}}}} = \frac{{120,8}}{{1}} \approx 120,8 \text{{ моль H}} \]

Молярна маса кисню (O) дорівнює 16 г/моль. Тому:

\[ n(O) = \frac{{M_{\text{{молекули}}}}}{{\text{{молярна маса O (г/моль)}}}} = \frac{{120,8}}{{16}} \approx 7,55 \text{{ молей O}} \]

Тепер ми можемо записати емпіричну формулу речовини:

\[ \text{{C}}_{10}\text{{H}}_{120,8}\text{{O}}_{7,55} \]

Щоб знайти формули ізомерів цієї речовини, потрібно змінювати розташування атомів у молекулі. Запропонуємо декілька можливих ізомерів даної речовини:

1) \(\text{{C}}_{10}\text{{H}}_{120,8}\text{{O}}_{7,55}\) - емпірична формула (нормальний вуглеводень)
2) \(\text{{C}}_{10}\text{{H}}_{121,8}\text{{O}}_{7,55}\) - зміщення гідрогену (гідроген-изомер)
3) \(\text{{C}}_{11}\text{{H}}_{120,8}\text{{O}}_{7,55}\) - зміщення вуглецю (вуличний вуглеводень)
4) \(\text{{C}}_{10}\text{{H}}_{120,8}\text{{O}}_{8,55}\) - зміщення кисню (кисень-изомер)

Це лише деякі можливі варіанти ізомерів. Існує багато інших можливостей зміни розташування атомів у молекулі. Назви цих ізомерів будуть залежати від конкретної молекули та її властивостей.