홍라이프 계산기실험식 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
실험식은 화합물을 이루는 원자 수의 가장 간단한 정수비입니다. 원소 분석이 직접 알려 주는 것이 바로 이 값으로, 연소 분석 등으로 얻은 질량 백분율에서 거꾸로 원자 수의 비를 구합니다. 이 계산기는 원소 기호와 각 원소의 질량 백분율(또는 그램)을 입력하면 실험식을 알려 줍니다.
계산 방법
- 각 질량 또는 백분율을 그 원소의 표준 원자량으로 나눠 상대 몰수를 구합니다.
- 모든 값을 그중 가장 작은 값으로 나눕니다.
- 정수에 가깝지 않으면 모두에 2, 3, 4, 5, 6을 차례로 곱해 정수에 가까워지는 배수를 찾습니다.
- 정수로 반올림해 화학식으로 씁니다.
비만 중요하므로 백분율과 그램 모두 쓸 수 있으며, 백분율은 시료 100 g을 가정한 것과 같습니다.
원리
화학식은 원자의 개수를 세지만, 분석은 질량을 측정합니다. 질량을 원자량으로 나누면 원소별 원자의 몰수가 되고, 이는 원자 개수에 비례합니다. 가장 작은 값으로 나누면 한 원소가 1이 되어 나머지가 간단한 비로 드러납니다. 1.5나 1.33 같은 값이 나오면 실제 개수가 그 배수라는 뜻이므로 배수를 곱해 봅니다. 분자식은 실험식의 정수배이며, 이를 정하려면 몰질량이 따로 필요합니다.
예제 풀이
기본값은 C, H, O에 40.0%, 6.7%, 53.3%입니다.
- C: 40.0 ÷ 12.011 = 3.3303, H: 6.7 ÷ 1.008 = 6.6468, O: 53.3 ÷ 15.999 = 3.3315
- 가장 작은 값(3.3303)으로 나누면 C 1.000, H 1.996, O 1.000입니다.
- 모두 정수에 가까우므로 배수를 곱할 필요가 없습니다.
- 실험식: CH2O(CH₂O)
결과 해석
CH₂O는 폼알데하이드, 아세트산(C₂H₄O₂), 포도당(C₆H₁₂O₆)이 공유하는 실험식입니다. 어느 물질인지 정하려면 측정한 몰질량을 실험식량(30.03 g/mol)으로 나눕니다. 180 ÷ 30.03 ≈ 6이면 C₆H₁₂O₆입니다. 분석값에는 보통 0.3~0.4% 안팎의 오차가 있으므로 1.996은 자신 있게 2로 반올림하지만, 1.25가 나오면 4를 곱해야 합니다.
흔한 실수
- 1.5를 2로 반올림하는 것. 모두에 2를 곱해야 합니다.
- 중간값을 너무 일찍 반올림해 비가 틀어지는 것
- 백분율 합이 100% 근처가 아닌데 그대로 계산하는 것. 산소는 측정하지 않고 차이로 구하는 경우가 많습니다.
- 실험식과 분자식을 혼동하는 것
자주 묻는 질문
백분율 합이 100%가 아니면 어떻게 하나요?
측정하지 않은 원소(주로 산소)가 있다면 나머지 백분율을 그 원소에 배정한 뒤 계산합니다.
분자식은 어떻게 구하나요?
따로 측정한 몰질량을 실험식량으로 나눈 정수를 모든 아래 첨자에 곱합니다.
백분율 대신 그램을 넣어도 되나요?
됩니다. 어느 쪽이든 비는 같습니다.
출처: Atkins, P., Jones, L., Chemical Principles, W. H. Freeman · IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights, Standard atomic weights