3.6 Penentuan Rumus Empiris Melalui Percobaan

Fakta bahwa kita dapat menentukan rumus empiris senyawa jika diketahui persen komposisinya dan memungkinkan kita untuk mengidentifikasi senyawa secara eksperimental. Prosedurnya adalah sebagai berikut. Pertama, analisis kimia untuk mengetahui jumlah gram setiap unsur yang terkandung dalam suatu senyawa dengan massa tertentu. Kemudian, kita mengonversi jumlah dalam gram menjadi jumlah dalam mol untuk setiap unsur. Akhirnya, dengan menggunakan metode yang diberikan dalam Contoh 3.9, kita menemukan rumus empiris dari senyawa tersebut.

Sebagai contoh spesifik, mari kita perhatikan senyawa etanol. Ketika etanol dibakar dalam perangkat alat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.6, karbon dioksida (CO₂) dan air (H₂O) dilepaskan. Karena tidak ada karbon maupun hidrogen dalam gas masukan, maka dapat disimpulkan bahwa baik karbon (C) dan hidrogen (H) ada dalam etanol dan oksigen (O) juga dapat ada dalam etanol. (Molekul oksigen ditambahkan dalam proses pembakaran, tetapi beberapa oksigen mungkin juga berasal dari sampel etanol.)

Gambar 3.6 Peralatan untuk menentukan rumus empiris etanol. Absorber adalah zat yang dapat menyerap air dan karbon dioksida.

Massa CO₂ dan H₂O yang dihasilkan dapat ditentukan dengan mengukur peningkatan massa dari masing-masing absorber CO₂ dan H₂O. Misalkan dalam satu percobaan pembakaran 11,5 g etanol menghasilkan 22,0 g CO₂ dan 13,5 g H₂O. Kita dapat menghitung massa karbon dan hidrogen dalam 11,5 g sampel etanol sebagai berikut:

Dengan demikian, 11,5 g etanol mengandung 6,00 g karbon dan 1,51 g hidrogen. Sisanya harus oksigen, yaitu

massa O = massa sampel - (massa C + massa H)
               = 11,5 g - (6,00 g + 1,51 g) = 4,00 g O

Jumlah mol setiap unsur dalam 11,5 gram sampel etanol adalah

Oleh karena itu, rumus etanol C₀,₅₀H₁,₅O₀,₂₅ (kita membulatkan jumlah mol menjadi dua angka penting). Karena jumlah atom harus berupa bilangan bulat, kita membagi subskrip dengan subskrip terkecil 0,25 dan memperoleh rumus empiris C₂H₆O.

Sekarang kita dapat lebih memahami kata "empiris," yang secara harfiah berarti "hanya berdasarkan pengamatan dan pengukuran." Rumus empiris etanol ditentukan dari analisis senyawa dalam hal unsur-unsur penyusunnya. Pengetahuan tentang bagaimana atom-atom berikatan satu sama lain dalam suatu senyawa tidak diperlukan.

Penentuan Rumus Molekul

Rumus yang dihitung dari persen komposisi massa selalu merupakan rumus empiris karena subskrip dalam rumus selalu direduksi menjadi bilangan bulat terkecil. Untuk menghitung rumus molekul sebenarnya, kita harus mengetahui perkiraan massa molar senyawa tersebut selain rumus empirisnya. Mengetahui bahwa massa molar suatu senyawa harus merupakan perpaduan integral dari massa molar rumus empirisnya, kita dapat menggunakan massa molar untuk menemukan rumus molekul, seperti yang ditunjukkan pada Contoh 3.11.

Contoh 3.11

Sampel senyawa mengandung 1,52 g nitrogen (N) dan 3,47 g oksigen (O). Massa molar dari senyawa ini adalah antara 90 g dan 95 g. Tentukan rumus molekul dan massa molar akurat dari senyawa tersebut.

Strategi

Untuk menentukan rumus molekul, pertama kita perlu menentukan rumus empiris. Bagaimana kita mengonversi antara gram dan mol? Membandingkan massa molar empiris dengan massa molar percobaan yang ditentukan akan mengungkapkan hubungan antara rumus empiris dan rumus molekul.

Penyelesaian

Diketahui gram N dan O. Gunakan massa molar sebagai faktor konversi untuk mengubah gram menjadi mol dari setiap unsur. Gunakan n mewakili jumlah mol dari setiap unsur. Kita menulis

Jadi, kita mendapatkan rumus N₀,₁₀₈O₀,₂₁₇, yang memberi identitas dan rasio atom yang ada. Tetapi, rumus kimia harus ditulis dengan bilangan bulat. Cobalah untuk mengonversi seluruh nilai subskrip dengan membagi subskrip dengan subskrip yang terkecil (0,108). Setelah pembulatan, kita memperoleh NO₂ sebagai rumus empiris.

Rumus molekul mungkin sama dengan rumus empiris atau beberapa kelipatan integralnya (misalnya, dua, tiga, empat, atau lebih kali rumus empiris). Membandingkan rasio massa molar dengan massa molar rumus empiris akan menunjukkan hubungan integral antara rumus empiris dan molekul. Massa molar dari rumus empiris NO₂ adalah

massa molar empiris = 14,01 g + 2(16,00 g) = 46,01 g

Selanjutnya, kita menentukan rasio antara massa molar dan massa molar empiris

Massa molar adalah dua kali massa molar empiris. Ini berarti bahwa ada dua satuan NO₂ dalam setiap molekul senyawa, dan rumus molekulnya adalah (NO₂)₂ atau N₂O₄.

Massa molar sebenarnya dari senyawa ini adalah dua kali massa molar empiris, yaitu, 2(46,01 g) atau 92,02 g, yaitu antara 90 g dan 95 g.

Periksa

Perhatikan bahwa dalam menentukan rumus molekul dari rumus empiris, kita hanya perlu mengetahui perkiraan massa molar dari senyawa tersebut. Alasannya adalah bahwa massa molar yang sesungguhnya merupakan kelipatan integral (1x, 2x, 3x,...) dari massa molar empiris. Oleh karena itu, rasio (massa molar / massa molar empiris) akan selalu dekat dengan bilangan bulat.

Latihan

Sampel dari senyawa yang mengandung boron (B) dan hidrogen (H) mengandung 6,444 g B dan 1,803 g H. Massa molar senyawa tersebut sekitar 30 g. Tentukan rumus molekulnya?