Простейшая формула

В химии простейшая формула химического соединения — формула с простейшим положительным целочисленным соотношением атомов, присутствующих в соединении^[1]. Простым примером этой концепции является то, что простейшая формула монооксида серы, или SO, будет просто SO, как и простейшая формула диоксида дисеры, S₂O₂. Таким образом, оксид серы и диоксид дисеры, оба являющиеся соединением серы и кислорода, имеют одну и ту же простейшую формулу. Однако их химические формулы, которые выражают количество атомов в каждой молекуле химического соединения, не совпадают.

В простейшей формуле ничего не говорится о расположении или количестве атомов. Она стандартна для многих ионных соединений^[англ.], таких как хлорид кальция (CaCl₂), и для макромолекул, таких как диоксид кремния (SiO₂).

С другой стороны, химическая формула показывает количество атомов каждого вещества в молекуле. Структурная формула показывает расположение атомов в молекуле. Как показано выше, вполне возможно, что разные типы соединений имеют одинаковые простейшие формулы.

Для того, чтобы определить, сколько процентов каких элементов содержит образец, он анализируется при помощи элементного анализа.

Примеры

• Глюкоза (C₆H₁₂O₆), рибоза (C₅H₁₀O₅), уксусная кислота (C₂H₄O₂) и формальдегид (CH₂O) имеют разные химические формулы, но одну и ту же простейшую формулу: CH₂O. Это реальная химическая формула формальдегида, но у уксусной кислоты количество атомов в два раза больше, у рибозы в пять раз, а у глюкозы в шесть раз больше атомов.
• Химическое соединение н-гексан имеет структурную формулу CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃, которая показывает, что он имеет 6 атомов углерода, расположенных в цепочку, и 14 атомов водорода. Химическая формула гексана — C₆H₁₄, а его простейшая формула — C₃H₇, что говорит о соотношении C:H как 3:7.

Пример расчета

Химический анализ образца метилацетата даёт следующие элементные данные: 48,64 % углерода (C), 8,16 % водорода (H) и 43,20 % кислорода (O). Для определения простейшей формулы предположим, что у нас есть 100 граммов соединения. В этом случае проценты будут соответствовать массе каждого элемента в граммах.

Шаг 1: Замените каждый процент на массу каждого элемента в граммах. То есть 48,64 % C превращается в 48,64 г C, 8,16 % H превращается в 8,16 г H, а 43,20 % O превращается в 43,20 г O.

Шаг 2. Преобразуйте количество каждого элемента в граммах в его количество в молях:

${\displaystyle \left({\frac {48.64{\mbox{ g C}}}{1}}\right)\left({\frac {1{\mbox{ mol }}}{12.01{\mbox{ g C}}}}\right)=4.049\ {\text{mol}}}$

${\displaystyle \left({\frac {8.16{\mbox{ g H}}}{1}}\right)\left({\frac {1{\mbox{ mol }}}{1.007{\mbox{ g H}}}}\right)=8.095\ {\text{mol}}}$

${\displaystyle \left({\frac {43.20{\mbox{ g O}}}{1}}\right)\left({\frac {1{\mbox{ mol }}}{16.00{\mbox{ g O}}}}\right)=2.7\ {\text{mol}}}$

Шаг 3. Разделите каждое из полученных значений на наименьшее из них (2.7):

${\displaystyle {\frac {4.049{\mbox{ mol }}}{2.7{\mbox{ mol }}}}=1.5}$

${\displaystyle {\frac {8.095{\mbox{ mol }}}{2.7{\mbox{ mol }}}}=3}$

${\displaystyle {\frac {2.7{\mbox{ mol }}}{2.7{\mbox{ mol }}}}=1}$

Шаг 4: При необходимости умножьте эти числа на целое число, чтобы получить в результате целые числа:

${\displaystyle 1.5\times 2=3}$

${\displaystyle 3\times 2=6}$

${\displaystyle 1\times 2=2}$

Таким образом, простейшая формула метилацетата — C₃H₆O₂. Она также является его химической формулой.