什麼是實驗式?
化合物的實驗式(empirical formula)表示其組成原子數目的最簡整數比。舉例來說,葡萄糖的分子式為 C₆H₁₂O₆,但它的實驗式卻是 CH₂O。這個計算機能把實驗數據——也就是各元素的質量或質量百分比——換算成這個最簡比例。
使用方法
輸入每個元素的數量(以克為單位的質量,或選擇百分比模式後輸入質量百分比;兩者算法完全相同,因為百分比可視為 100 克樣本中的克數),並填入該元素的莫耳質量(g/mol)。你可以輸入 2 到 4 個元素,用不到的欄位留空即可。計算機會先將各元素的數量除以其莫耳質量得到莫耳數,再將所有莫耳數同除以其中最小的一個。
計算公式說明
首先計算莫耳數:
$$n_i = \frac{m_i}{M_i}$$接著進行正規化:
$$\text{比例}_i = \frac{n_i}{\min(n)}$$所得到的數值取整後,就是化學式中的下標。若某個比例接近 1.5 或 1.33 之類的分數,則將所有比例同乘以一個小整數(2 或 3),把分數化為整數。
實例演算
某化合物含 40.0% C、6.7% H、53.3% O。莫耳數計算如下:
$$\text{C} = \frac{40.0}{12.01} = 3.331$$$$\text{H} = \frac{6.7}{1.008} = 6.647$$$$\text{O} = \frac{53.3}{16.00} = 3.331$$最小值為 \(3.331\),因此比例為 C \(1.00\):H \(1.996\):O \(1.00 \approx 1:2:1\),得到實驗式 CH₂O。
常見問題
該用質量還是百分比?兩者皆可。質量百分比在數學上等同於 100 克樣本中的克數,所以算出來的比例完全一樣。
為什麼算出來的比例不是整數?莫耳質量造成的小幅四捨五入誤差是正常現象。若數值與整數相差約 0.1 以內,可直接取整;否則將所有比例同乘以 2、3 或 4,把分數化為整數。
這算的是分子式嗎?不是。分子式是實驗式的整數倍,要找出這個倍數,必須知道該化合物的莫耳質量。