Hóa học hữu cơ là một lĩnh vực quan trọng trong nền tảng kiến thức hóa học. Trong quá trình nghiên cứu và phân tích các hợp chất hữu cơ, việc xác định công thức phân tử là rất quan trọng. Công thức phân tử cho chúng ta biết về thành phần nguyên tố cũng như số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố có mặt trong một phân tử hợp chất hữu cơ.
Khái niệm về công thức phân tử hợp chất hữu cơ
Công thức phân tử là một khái niệm quan trọng trong hóa học hữu cơ. Nó cho chúng ta biết thành phần nguyên tử và số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố có mặt trong một phân tử hợp chất hữu cơ. Việc biết công thức phân tử giúp chúng ta hiểu rõ về cấu trúc và tính chất của hợp chất đó.
Ảnh minh họa - Công thức phân tử của một hợp chất hữu cơ.
Ví dụ, với công thức phân tử là C4H10, chúng ta biết rằng hợp chất này được cấu tạo từ nguyên tố carbon và hydrogen. Trong mỗi phân tử butane, có 4 nguyên tử carbon kết hợp cùng với 10 nguyên tử hydrogen theo tỉ lệ số nguyên tử C : H bằng 2 : 5.
Cách biểu diễn công thức phân tử hợp chất hữu cơ
Có hai cách để biểu diễn công thức phân tử của một hợp chất hữu cơ, đó là công thức tổng quát và công thức đơn giản nhất.
-
Công thức tổng quát: cho chúng ta biết sự có mặt của các nguyên tố trong phân tử hợp chất hữu cơ. Ví dụ: CxHyOz (trong đó x, y, z là những số nguyên dương) cho biết rằng phân tử chất hữu cơ đã cho có chứa 3 loại nguyên tố là C, H và O.
-
Công thức đơn giản nhất: cho chúng ta biết tỉ lệ số nguyên tử của những nguyên tố có mặt trong một phân tử hợp chất hữu cơ. Ví dụ: Hợp chất với công thức phân tử là C2H4O2 sẽ có công thức đơn giản nhất chính là CH2O.
Ảnh minh họa - Cách biểu diễn công thức phân tử của một hợp chất hữu cơ.
Cách lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ
Có hai phương pháp chính để lập công thức phân tử của một hợp chất hữu cơ: xác định phân tử khối và phân tích nguyên tố.
1. Xác định phân tử khối bằng phương pháp phổ khối lượng
Trước đây, một trong các phương pháp thường được sử dụng để xác định phân tử khối của một hợp chất hữu cơ là dựa trên tỉ khối (d) của chất ấy ở dạng khí (hay hơi) so với một khí đã biết trước trong cùng một điều kiện thí nghiệm. Hiện nay, người ta lại thường xác định phân tử khối của một hợp chất hữu cơ dựa vào phổ khối lượng (hay còn gọi là phổ MS) của chúng. Phổ khối lượng giúp chúng ta xác định mảnh ion phân tử, từ đó xác định phân tử khối của hợp chất.
Ảnh minh họa - Phổ khối lượng của một hợp chất.
2. Lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ
Để lập công thức phân tử của một hợp chất hữu cơ, chúng ta cần biết công thức đơn giản nhất của nó và phân tích nguyên tố. Công thức đơn giản nhất cho thấy tỉ lệ tối giản về số lượng nguyên tử giữa các nguyên tố có mặt trong phân tử hợp chất hữu cơ. Số nguyên tử của mỗi nguyên tử chính bằng số nguyên lần số nguyên tử của mỗi nguyên tử tương ứng có mặt trong công thức đơn giản nhất.
Ảnh minh họa - Cách xác định công thức phân tử từ công thức đơn giản nhất.
Ví dụ, khi biết tỉ lệ phần trăm về khối lượng của các nguyên tố có mặt trong một hợp chất là 52,17% C, 13,04% H và 34,79% O, ta có thể xác định công thức đơn giản nhất là C2H6O và công thức phân tử là (C2H6O)n, với n là số nguyên dương.
Bài tập về công thức phân tử hợp chất hữu cơ
Để ôn tập và nắm vững kiến thức về công thức phân tử của hợp chất hữu cơ, dưới đây là một số bài tập thực hành dành cho bạn:
-
Chất A được cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O; tỉ lệ số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố là 2 : 6 : 1. Phân tích phân tử khối cho biết hợp chất này có phân tử khối là 46. Dựa vào những thông tin trên, bạn hãy xác định công thức phân tử của chất A.
-
Kết quả phân tích nguyên tố cho biết phần trăm về khối lượng của các nguyên tố trong hợp chất B lần lượt là: 52,17% C; 13,04% H và 34,79% O. Hãy xác định công thức đơn giản nhất của hợp chất B.
-
Xác định công thức phân tử của chất propene khi biết rằng công thức đơn giản nhất của nó là CH2 và phân tử khối là 42.
-
Công thức phân tử và công thức thực nghiệm có quan hệ gì với nhau? Cần có thông tin gì để xác định công thức phân tử từ công thức thực nghiệm? Hãy cho một ví dụ minh hoạ.
-
Hai hợp chất X và Y có cùng công thức thực nghiệm là CH2O. Phổ MS cho biết X và Y có những tín hiệu như sau:
- Chất X: m/Z=29 (19%), m/Z=31 (100%), m/Z=60 (39%)
- Chất Y: m/Z=31 (100%), m/Z=59 (50%), m/Z=90 (16%)
Hãy xác định công thức phân tử của chất X và Y. Biết rằng mảnh ion [M+] có giá trị m/z lớn nhất.
-
Safrol là một hợp chất có mặt trong tinh dầu xá xị, được sử dụng làm hương liệu trong công nghệ chế biến thực phẩm. Phân tích nguyên tố cho biết phần trăm về khối lượng của các nguyên tố carbon, hydrogen và oxygen nằm trong safrol lần lượt là 74,07%; 6,18% và 19,75%. Hãy xác định công thức đơn giản nhất cùng công thức phân tử của hợp chất safrol.
Công thức phân tử hợp chất hữu cơ là một phần kiến thức quan trọng trong hóa học. Hiểu rõ về công thức phân tử giúp chúng ta tìm hiểu và phân tích hiệu quả các hợp chất hữu cơ. Hãy nắm chắc và áp dụng kiến thức này để trở thành một học sinh xuất sắc trong môn Hóa học.
