الصيغة الأولية والصيغة الجزيئية للمركب

الصيغة الأولية هي صيغة تبين أنواع الذرات الموجودة في المركب الكيميائي وأبسط نسبة لوجودها فيه، حيث إن الصيغة الأولية للإيثان هي وللبنزين هي ، بينما الصيغة الجزيئية للمركب، هي تضم أنواع الذرات المكونة للمركب، وتُظهر عددها الحقيقي فيه، وهي في العادة تساوي الصيغة الأولية أو إحدى مضاعفاتها.

ماهية الصيغة الأولية والجزيئية

عندما يكتشف الكيميائي مركباً جديداً، فإن أول ما يتبادر إلى ذهنه السؤال عن صيغته الكيميائية وتحديدها، يقوم بتحليل المركب لمعرفة كميات العناصر الكيميائية، أو معرفة النسب المئوية للعناصر الداخلة في تكوينه، وبعد ذلك يقوم بتحديد الصيغة الأولية للمركب، ثم يحدد صيغته الجزيئية.

تساعد الصيغة الأولية على تحديد أبسط نسبة بين عدد ذرات العناصر الموجودة في المركب، ولكن المركبات لا تتكون بالضرورة من اتحاد أبسط عدد من هذه الذرات، فقد يتحد الكربون مع الهيدروجين بنسبة 1:1 في جزيء البنزين ()، وبالتالي فإن معرفة الصيغة الأولية للمركب تحدد بالضرورة ماهية المركب، من الضروري تحديد صيغة أخرى للتعرف على المركب بدقة وهذه هي الصيغة الجزيئية للمركب.

حيث أن الصيغة الجزيئية تبين أنواع الذرات المكونة للمركب وتُظهر عددها الحقيقي في المركب، وهي تساوي الصيغة الأولية أو إحدى مضاعفاتها، حيث تُعرف الصيغة الجزيئية للمركب رياضياً:

الصيغة الجزيئية للمركب =(الكتلة المولية للمركب /كتلة الصيغة الأولية للمركب) *الصيغة الأولية للمركب.

مسائل حسابية على الصيغة الأولية

مثال 1: عند تحليل عينة من أحد المركبات العضوية، كتلتها 3 غرامات، وُجد إنها تحتوي تحتوي 0.6 غرام هيدروجين، والباقي كربون، ما الصيغة الأولية للمركب الذي تتكون منه العينة؟

الحل: في البداية نحسب كتلة الكربون في العينة= 3-(0.6)=2.4غرام، ثم نحسب عدد مولات الكربون = كتلة الكربون في العينة /الكتلة المولية للكربون =2.4/12=0.2 مول، وعدد مولات الهيدروجين = كتلة الهيدروجين في العينة / الكتلة المولية للهيدروجين =0.6/1=0.6 مول.

أقل قيمة لعدد المولات الموجودة من العنصرين في العينة هي 0.2 ولحساب عدد ذرات كل عنصر في الصيغة الأولية، فإننا نقسم عدد مولاته على القيمة الأقل لعدد المولات (0.2)،كالتالي:

عدد ذرات الكربون = عدد مولاته /0.2=(0.2)/(0.2)=1.

عدد ذرات الهيدروجين =عدد مولاته /0.2=(0.6)/(0.2)=3.

من هنا نجد نسبة عدد ذرات الكربون إلى عدد ذرات الهيدروجين في المركب المجهول هي 3:1 وعليه تكون الصيغة الأولية للمركب هي . مثال: قام باحث كيميائي بتحليل عينة من مركب مجهول، فوجد أنها تتكون من 43.6 % فسفور ، 56.4% أكسجين ، فإن الكتلة المولية للفسفور =31 غرام /مول، وللأكسجين =16 غرام /مول، أوجد ما يلي:

مثال 2: ماهي الصيغة الأولية للمركب وإذا كانت الكتلة المولية للمركب تساوي 284 غرام /مول، فما صيغته الجزيئية؟

الحل: في البداية نوجد الصيغة الأولية للمركب، نفرض أن كتلة العينة =100غرام، فإن كتلة الفسفور فيه=43.6 غرام، وكتلة الأكسجين =56.4 غرام .

عدد مولات الفسفور  = كتلة /الكتلة المولية =(43.6)/(31)= 1.4مول.

عدد مولات الأكسجين =كتلة /الكتلة المولية =(56.4)/(16)=3.5 مول.

القيمة الأقل لعدد المولات هي (1.4).

الآن نحسب عدد ذرات كل عنصر في الصيغة الأولية.

عدد ذرات = عدد مولاته/1.4=(1.4)/(1.4)=1 أي أن عدد ذرات الفسفور واحد.

عدد ذرات = عدد مولاته /1.4=(3.5)/(1.4)=2.5، ومن هنا فإن نسبة عدد ذرات الفسفور إلى عدد ذرات الأكسجين هي 2.5:1 وإذا اعتمدنا هذه النسبة فإن الصيغة الأولية له ستكون ، ولكن لكون صيغ المركبات يجب أن تمتلك أعداداً صحيحة، فإنه لابُد من ضرب الصيغة الناتجة بالعدد (2)، وعليه تُصبح الصيغة الأولية للمركب تكون ().

الكتلة الجزيئية للمركب =(الكتلة المولية للمركب /كتلة الصيغة الأولية للمركب) *الصيغة الأولية للمركب.

ولتحديد الصيغة الجزيئية للمركب، نحسب أولاً  الكتلة المولية للصيغة الأولية  ().

الكتلة المولية =2*31+5*16=142 غرام /مول.

ثم نحدد أبسط نسبة عددية صحيحة لذرات العناصر المكونة للمركب، وذلك بقسمة الكتلة المولية للمركب (كتلة الصيغة الجزيئية له) على كتلة الصيغة الأولية، كما يلي:

الكتلة المولية للمركب /كتلة الصيغة الأولية للمركب=(284)/(142)=(2).

وبضرب ناتج القسمة بالصيغة الأولية، نحصل على الصيغة الجزيئية للمركب.

الصيغة الجزيئية للمركب (2) *( ) فتصبح: ().