3.3 - Formula Kimia

Maksud Formula Kimia

• Formula kimia mewakili sesuatu bahan kimia dengan menggunakan huruf bagi atom dan nombor subskrip bagi bilangan setiap jenis atom dalam entiti asas bahan itu.
• Nombor subskrip 1 tidak ditulis.
• Contoh:
  • $\mathrm{Mg}$: magnesium terdiri daripada atom magnesium.
  • ${\mathrm{O}}_2$: setiap molekul oksigen terdiri daripada dua atom oksigen.
  • ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$: setiap molekul air terdiri daripada dua atom hidrogen dan satu atom oksigen.
  • $\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3$: atom aluminium dan oksigen hadir dalam nisbah $2:3$.

Formula Empirik dan Formula Molekul

Formula empirik	Formula molekul
Menunjukkan nisbah nombor bulat paling ringkas bilangan atom setiap unsur dalam sebatian	Menunjukkan bilangan sebenar atom setiap unsur dalam satu molekul

• Bagi glukosa, formula molekul ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6$ memberikan nisbah atom $6:12:6$; pembahagian dengan 6 memberikan formula empirik $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.
• Sesetengah bahan mempunyai formula empirik dan formula molekul yang sama, seperti ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ dan $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$. Bagi bahan lain, formulanya berbeza:

Formula molekul	Formula empirik
${\mathrm{N}}_2{\mathrm{H}}_4$	$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_2$
${\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_6$	$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2$
${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_6$	$\mathrm{CH}$

Menentukan Formula Empirik daripada Komposisi

1. Tentukan jisim atau peratus jisim setiap unsur.
2. Tukarkan setiap jisim kepada mol atom menggunakan $n=m/M$.
3. Bahagikan setiap nilai mol dengan nilai terkecil.
4. Jika perlu, darabkan semua nisbah dengan integer kecil yang sama untuk memperoleh nombor bulat paling ringkas.
5. Gunakan nisbah nombor bulat sebagai subskrip formula empirik.

Contoh: $1.35\mathrm{g}$ Al berpadu dengan $1.20\mathrm{g}$ O.

Unsur	Al	O
Mol atom	$1.35/27=0.050$	$1.20/16=0.075$
Nisbah	$1$	$1.5$
Nisbah nombor bulat	$2$	$3$

Maka, formula empirik ialah $\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3$.

Penyiasatan: Formula Empirik Magnesium Oksida

Tujuan: Menentukan formula empirik magnesium oksida.

Bahan: Pita magnesium sepanjang $10\mathrm{cm}$ dan kertas pasir.

Radas: Mangkuk pijar dan penutup, penyepit, penunu Bunsen, tungku kaki tiga, alas segi tiga tanah liat dan penimbang elektronik.

Prosedur

1. Timbang mangkuk pijar bersama penutupnya.
2. Gosok pita magnesium dengan kertas pasir sehingga berkilat, gulungkannya dan masukkan ke dalam mangkuk pijar.
3. Timbang mangkuk pijar, penutup dan pita magnesium bersama-sama; letakkan mangkuk pijar pada alas segi tiga tanah liat di atas tungku kaki tiga dengan penunu Bunsen di bawahnya.
4. Panaskan mangkuk pijar tanpa penutup pada awalnya. Apabila magnesium mula terbakar, pasang semula penutup.
5. Buka penutup sedikit dari semasa ke semasa menggunakan penyepit dan tutup semula dengan cepat.
6. Setelah pembakaran lengkap, buka penutup dan panaskan dengan kuat selama 1–2 minit.
7. Pasang semula penutup, sejukkan ke suhu bilik, kemudian timbang mangkuk pijar, penutup dan kandungannya.
8. Ulang pemanasan, penyejukan dan penimbangan sehingga jisim tetap diperoleh.

Jisim yang direkodkan: mangkuk pijar + penutup; mangkuk pijar + penutup + magnesium; mangkuk pijar + penutup + magnesium oksida.

Analisis:

Tukarkan kedua-dua jisim kepada mol dan tentukan nisbah paling ringkas.

Langkah berjaga-jaga: Pastikan penutup dipasang dan buka sedikit sahaja untuk meminimumkan pembebasan wasap putih.

Penyiasatan: Formula Empirik Kuprum(II) Oksida

Tujuan: Menentukan formula empirik kuprum(II) oksida.

Bahan: Air, serbuk kuprum(II) oksida, ketulan zink, asid hidroklorik $1.0\mathrm{mol}\mathrm{d}{\mathrm{m}}^{-3}$, kayu uji dan batang putik kapas.

Radas: Tabung didih, penyumbat dan salur getah, salur kaca $12\mathrm{cm}$ dan $10\mathrm{cm}$, lampu spirit, kaki retort dan pengapit, bongkah kayu, penimbang elektronik dan spatula.

Prosedur

1. Timbang salur kaca $12\mathrm{cm}$ yang kosong.
2. Gunakan kayu uji untuk mengalihkan serbuk kuprum(II) oksida ke tengah salur kaca; timbang salur bersama serbuk.
3. Isikan satu tabung didih dua pertiga penuh dengan air. Pasangkan penyumbat getah dengan salur kaca $12\mathrm{cm}$ dan apitkan pada kaki retort.
4. Masukkan ketulan zink ke dalam tabung didih lain dan tambahkan asid hidroklorik $1.0\mathrm{mol}\mathrm{d}{\mathrm{m}}^{-3}$ sehingga satu pertiga penuh. Pasangkan penyumbat dengan salur kaca $10\mathrm{cm}$ dan apitkan pada kaki retort lain.
5. Sambungkan salur menggunakan salur getah supaya hidrogen mengalir merentasi kuprum(II) oksida sebelum membentuk gelembung di dalam air. Letakkan lampu spirit pada bongkah kayu di bawah salur yang mengandungi oksida.
6. Biarkan hidrogen mengalir selama 10 saat, dengan gelembung gas terbebas di dalam air, sebelum pemanasan.
7. Panaskan kuprum(II) oksida dengan lampu spirit dalam aliran hidrogen berterusan sehingga serbuk hitam berubah perang sepenuhnya.
8. Hentikan pemanasan tetapi teruskan aliran hidrogen sehingga salur kaca sejuk ke suhu bilik.
9. Singkirkan titisan air di hujung salur dengan batang putik kapas, kemudian timbang salur bersama hasil perang.
10. Ulang pemanasan, penyejukan dan penimbangan sehingga jisim tetap diperoleh.

Jisim yang direkodkan: salur kaca; salur kaca + kuprum(II) oksida; salur kaca + kuprum.

Analisis:

Tukarkan kedua-dua jisim kepada mol dan tentukan nisbah paling ringkas.

Langkah berjaga-jaga: Jika masih terdapat serbuk hitam, gerakkan lampu spirit di bawah bahagian salur itu sehingga semua serbuk berubah perang.

• Pemanasan logam reaktif seperti magnesium dalam oksigen sesuai kerana logam itu mudah bertindak balas.
• Kuprum kurang reaktif terhadap oksigen. Oleh itu, kuprum(II) oksida diturunkan oleh hidrogen:

Menentukan Formula Molekul

• Formula molekul ialah gandaan nombor bulat formula empirik:

• $n$ ialah integer positif.
• Contoh: satu sebatian mempunyai formula empirik $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2$ dan JMR 56. Jisim formula empirik ialah $12+2(1)=14$, maka $n=56/14=4$ dan formula molekul ialah ${\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_8$.

Menentukan Jisim Atom Relatif daripada Formula Empirik

• Contoh: $1.2\mathrm{g}$ Y menghasilkan $6\mathrm{g}$ $\mathrm{YB}{\mathrm{r}}_2$; JAR Br ialah 80.

• Maka, JAR Y ialah 40.

Formula Sebatian Ion

• Sebatian ion terdiri daripada kation dan anion. Jumlah cas keseluruhannya ialah sifar.
• Antara ion lazim ialah:

Kation	Formula
Natrium	$\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$
Kalium	${\mathrm{K}}^{+}$
Aluminium	$\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}$
Zink	$\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}$
Magnesium	$\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}$
Ferum(II)	$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$
Ferum(III)	$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$
Kuprum(II)	$\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}$
Kalsium	$\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$
Argentum	$\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}$
Plumbum(II)	$\mathrm{P}{\mathrm{b}}^{2+}$
Ammonium	$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}$

Anion	Formula
Oksida	${\mathrm{O}}^{2-}$
Klorida	$\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$
Bromida	$\mathrm{B}{\mathrm{r}}^{-}$
Iodida	${\mathrm{I}}^{-}$
Hidroksida	$\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$
Karbonat	$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{2-}$
Nitrat	$\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}$
Sulfat	$\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4^{2-}$
Fosfat	$\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4^{3-}$
Manganat(VII)	$\mathrm{Mn}{\mathrm{O}}_4^{-}$
Tiosulfat	${\mathrm{S}}_2{\mathrm{O}}_3^{2-}$
Dikromat(VI)	$\mathrm{C}{\mathrm{r}}_2{\mathrm{O}}_7^{2-}$

Membina formula sebatian ion

1. Kenal pasti kation, anion dan cas masing-masing.
2. Gunakan kaedah silang: saling menukar magnitud cas kation dan anion untuk memperoleh bilangan ion, kemudian ringkaskan kepada nisbah nombor bulat terkecil. Semak bahawa jumlah cas positif sama dengan jumlah cas negatif.
3. Tulis kation dahulu dan anion kemudian; abaikan cas serta subskrip 1.
4. Gunakan kurungan apabila lebih daripada satu ion poliatom diperlukan.

Contoh: $\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}$ memerlukan dua ion $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$, maka formulanya ialah $\mathrm{ZnC}{\mathrm{l}}_2$.

Penamaan Sebatian Kimia

• Sebatian ion: nama kation ditulis dahulu, diikuti nama anion; contohnya natrium klorida, zink bromida dan magnesium nitrat.
• Sesetengah logam membentuk lebih daripada satu ion. Angka Roman mengenal pasti cas: $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$ ialah ferum(II), manakala $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$ ialah ferum(III).
• Sebatian molekul ringkas: unsur yang lebih elektropositif dinamakan dahulu. Nama unsur kedua berakhir dengan -ida.
• Awalan Yunani menunjukkan bilangan atom: mono- 1, di- 2, tri- 3, tetra- 4, pent- 5, heks- 6, hept- 7.
• Contoh: $\mathrm{CO}$ ialah karbon monoksida, $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$ ialah nitrogen dioksida, dan $\mathrm{S}{\mathrm{O}}_3$ ialah sulfur trioksida.