FORMULE MOLÉCULAIRE: COMMENT L'OBTENIR, EXEMPLES ET EXERCICES - CHIMIE - 2024

La formule moléculaire est une représentation d'une molécule d'un composé, dans laquelle les atomes de tous les éléments présents dans le composé et leur nombre sont indiqués par leurs symboles chimiques. Chaque atome est accompagné d'un indice.

La formule moléculaire a la limitation qu'elle n'indique pas les liaisons des différents atomes de la molécule, ni leur relation spatiale; tout comme le fait la formule structurelle. Dans certains cas, il n'est pas spécifique, par exemple: C ₆ H ₁₂ O ₆ est la formule moléculaire du glucose, du galactose et du fructose.

Des composés isomères sans fin peuvent être obtenus à partir de la même formule moléculaire. Cela correspond à un composé organique variable de masse moléculaire élevée. Source: Gabriel Bolívar.

Il existe un ensemble de règles pour la disposition des atomes dans une formule moléculaire. Pour les sels ioniques, par exemple le chlorure de sodium, le symbole cationique (Na ⁺) est placé en premier, puis le symbole anion (Cl ^-). C'est pourquoi la formule moléculaire du chlorure de sodium est NaCl.

La formule moléculaire des composés organiques est écrite en plaçant d'abord le symbole du carbone (C), suivi du symbole de l'hydrogène (H), puis des atomes restants. Par exemple, la formule moléculaire de l'acide acétique est C ₂ H ₄ O ₂.

Comment obtenir la formule moléculaire

L'obtention de la formule moléculaire d'un composé est basée sur l'établissement préalable de sa formule minimale ou empirique. Pour cette raison, les étapes initiales d'obtention des deux formules sont courantes.

Premier pas

Il est courant d'exprimer la masse des éléments d'un composé chimique sous forme de pourcentage. Un simple calcul doit alors être effectué pour transformer les pourcentages massiques des différents éléments en leurs masses exprimées en grammes.

Deuxième pas

Connaissant la masse en gramme de chacun des éléments, et leur masse atomique, le nombre relatif de chaque atome ou le nombre de moles de chaque atome peut être obtenu en divisant la masse de chacun des différents éléments par leur masse atomique.

Troisième étape

Divisez les nombres relatifs de tous les atomes par le nombre relatif avec la plus petite valeur. Les valeurs de la proportion minimale doivent être des nombres entiers. Dans le cas où une valeur de la proportion contient une décimale, une correction doit être apportée pour faire disparaître cette décimale.

La correction consiste à multiplier toutes les valeurs de la proportion par un nombre qui renvoie toutes les valeurs en nombres entiers. Par exemple, si une valeur de la proportion minimale est 1,25, toutes les valeurs doivent être multipliées par quatre (4). Puisque 1,25 multiplié par 4 est égal à 5, un nombre entier.

Quatrième étape

Tous les symboles chimiques des éléments du composé seront placés et avec leur indice correspondant; c'est-à-dire la valeur de la proportion minimale de l'élément.

Cinquième étape

La formule minimale d'un composé peut être transformée en sa formule moléculaire en obtenant le rapport entre le poids moléculaire du composé et le poids de sa formule minimale (n). Cette relation est la même que celle entre la formule moléculaire et la formule minimale.

n = poids moléculaire du composé / poids de formule minimale

Pour obtenir la formule moléculaire, multipliez la formule minimale par n. Cela implique que chacun des indices de la formule minimum doit être multiplié par n.

n = poids moléculaire / poids minimum de la formule

= Formule moléculaire / Formule minimale

Formule moléculaire = n formule minimale

Exemples de formules moléculaires

Certaines formules moléculaires courantes sont énumérées ci-dessous:

-Oxyde ferreux (FeO)

-Hydroxyde de sodium (NaOH)

-Oxyde de potassium (K ₂ O)

-Oxyde perchlorique (Cl ₂ O ₇)

-Hydroxyde ferrique

-Chlorure de calcium (CaCl ₂)

-Acide chlorhydrique (HCl)

-Sulfate de sodium (N ₂ SO ₄)

-Acide sulfurique (H ₂ SO ₄)

-Acide perbromique (HBrO ₄)

-Chlorure d'aluminium (AlCl ₃)

-Méthane (CH ₄)

-Propane (C ₃ H ₈)

-Éthane (C ₂ H ₆)

-Alcool éthylique (C ₂ H ₆ O)

-Acide acétique (C ₂ H ₄ O ₂)

-Benzène (C ₆ H ₆)

-Glucose (C ₆ H ₁₂ O ₆)

Exercices résolus

- Exercice 1

Le benzoate de méthyle a les pourcentages massiques suivants:

C: 70,57%, H: 5,93%

Soit: 23,49%

Et un poids moléculaire de 136,1 g / mol. Déterminez la formule moléculaire.

Premier pas

La première étape consiste à exprimer les pourcentages massiques des éléments dans leurs masses en grammes, sachant que les pourcentages massiques sont en relation avec le poids moléculaire.

Sur les 136,1 grammes correspondant à la mole du composé, 70,57% ne représentent que du carbone. Et ainsi de suite avec les éléments restants:

Masse de carbone = 136,1 g (70,57 / 100)

= 96,05 g

Masse d'hydrogène = 136,1 g (5,93 / 100)

= 8,06 g

Masse d'oxygène = 136,1 (23,49 / 100)

= 31,96 g

Deuxième pas

Lors de l'élaboration de la formule moléculaire, les nombres relatifs d'atomes (NRA) doivent être déterminés. Pour ce faire, les masses des éléments sont divisées par leurs masses atomiques:

NRA (C) = 96 g / 12 g

= 8

NRA (H) = 8 g / 1 g

= 8 g

NRA (O) = 32 g / 16 g

= 2

Troisième étape

Il faut alors calculer les proportions minimales des éléments (PME). Pour ce faire, toutes les valeurs NRA sont divisées par la valeur NRA la plus basse:

PME (C) = 8/2

= 4

PME (H) = 8/2

= 4

PME (O) = 2/2

= 1

Quatrième étape

Écrivez la formule minimale pour le benzoate de méthyle, en vous basant sur le fait que les indices des éléments sont leurs proportions minimales calculées:

C ₄ H ₄ O

Cinquième étape

Enfin, la formule moléculaire du benzoate de méthyle doit être établie. On calcule donc n:

n = poids moléculaire / poids minimum de la formule

Le poids de la formule minimale est de 68 g / mol:

= 136,1 g / 68 g

n ≈ 2

Formule moléculaire = 2 formule minimum

= 2 C ₄ H ₄ O

Formule moléculaire du benzoate de méthyle = C ₈ H ₈ O ₂

- Exercice 2

Les pourcentages des éléments qui composent le benzène sont les suivants:

C: 92,36%

H: 7,64%.

Le poids moléculaire du benzène est de 78 g / mol. Déterminez sa formule moléculaire.

Premier pas

Transformez les pourcentages massiques des éléments en leurs masses en grammes:

Masse de carbone = 78 g (92,36 / 100)

= 72,04 g

Masse d'hydrogène = 78 g (7,64 / 100)

= 5,96 g

Deuxième pas

Calcul des nombres relatifs d'atomes (NRA). Pour ce faire, les masses des éléments sont divisées par leurs masses atomiques:

NRA (C) = 72 g / 12 g

= 6

NRA (H) = 6 g / 1 g

= 6

Troisième étape

Calcul des valeurs de la proportion minimale des éléments (PME). Ceci est calculé en divisant les valeurs NRA de tous les éléments par la plus petite valeur NRA:

PME (C) = 6/6

= 1

PME (H) = 6/6

= 1

Quatrième étape

Écrivez la formule minimale pour le benzène, en tenant compte du fait que les indices des éléments sont les valeurs de la proportion minimale calculée.

Formule minimum de benzène: CH

Cinquième étape

Etablissement de la formule moléculaire en calculant la relation entre la masse moléculaire et la masse de la formule minimale:

n = poids moléculaire / poids de la formule minimale

= 78 g / 13 g

n = 6

Formule moléculaire = n formule minimale

= 6CH

= C ₆ H ₆

Références

1. Whitten, Davis, Peck et Stanley. (2008). Chimie (8e éd.). Apprentissage CENGAGE.
2. Wikipédia. (2020). Formule chimique. Récupéré de: en.wikipedia.org
3. Apprentissage sans limites. (sf). Formules moléculaires. Récupéré de: courses.lumenlearning.com
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29 septembre 2019). Calculez les formules empiriques et moléculaires. Récupéré de: thinkco.com
5. Peter J. Mikulecky, Chris Hren. (2020). Comment utiliser des formules empiriques pour trouver des formules moléculaires. Récupéré de: dummies.com