Формула молочной кислоты

Определение и формула молочной кислоты

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Молочная кислота (2-гидроксипропионовая кислота, лактат) – сложное вещество органической природы, которое относится к классу спиртокислот, поскольку содержит в своем составе две функциональные группы – гидроксо- и карбоксильную.

В обычных условиях представляет собой бесцветные кристаллы. Сильно гигроскопична, вследствие чего её чаще всего используют в виде концентрированных водных растворов, представляющих собой бесцветные жидкости, не обладающие запахом.

Молочная кислота растворяется в воде и этаноле, плохо – в бензоле, хлороформе и других галогеноуглеводородах. Образуется при молочнокислом брожении сахаристых веществ, вызываемом особыми бактериями. Содержится в молоке, рассоле квашеной капусты, силосе.

Химическая формула молочной кислоты

Химическая формула молочной кислоты CH₃CH(OH)COOH или C₃H₆O₃. Она показывает, что в состав данной молекулы входят три атома углерода (Ar – 12 а.е.м.), шесть атомов водорода (Ar = 1 а.е.м.) и три атома кислорода (Ar = 16 а.е.м.). По химической формуле можно вычислить молекулярную массу молочной кислоты:

Mr(C₃H₆O₃) = 3×Ar(С) + 6×(H) + 3×Ar(O);

Mr(C₃H₆O₃) = 3×12 + 6×1 + 3×16 = 36 + 6 + 48 = 90

Структурная (графическая) формула молочной кислоты

Структурная (графическая) формула молочной кислоты является более наглядной. Она показывает то, как связаны атомы между собой внутри молекулы (рис. 1).

Рис. 1. Графическая формула молочной кислоты.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

При сгорании 7 г органического вещества получили 11,2 л (н.у.) CO₂ и 9 г H₂O. Относительная плотность вещества по кислороду равна 1,313. Найдите молекулярную формулу вещества.

Решение

Составим схему реакции сгорания органического соединения обозначив количество атомов углерода, водорода и кислорода за «x», «у»и «z» соответственно:

C_xH_yO_z →CO₂ + H₂O

Определим массы элементов, входящих в состав этого вещества. Значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел: Ar(C) = 12 а.е.м., Ar(H) = 1 а.е.м., Ar(O) = 16 а.е.м.

m(C) = n(C)×M(C) = n(CO₂)×M(CO₂) = [V(CO₂) / V_m]×M(CO₂);

m(H) = n(H)×M(H) = 2×n(H₂O)×M(H) = [2×n(H₂O) / M(H₂O)]×M(H)

Рассчитаем молярные массы углекислого газа и воды. Как известно, молярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы (M = Mr):

M(CO₂) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44 г/моль;

M(H₂O) = 2×Ar(H) + Ar(O) = 2×1+ 16 = 2 + 16 = 18 г/моль

Тогда,

m(C) = [11,2 / 22,4]×44 = 6 г;

m(H) = [2×9 / 18] ×1 = 1 г

Определим химическую формулу соединения как C_xH_y:

x:y = m(C)/Ar(C) : m(H)/Ar(H);

x:y =6/12 :1/1;

x:y = 0,5 : 1 = 1: 2

Значит простейшая формула соединения CH₂и молярную массу 14 г/моль [M(CH₂) = Ar(C) + 2×Ar(H)= 12 + 2×1 = 14 г/моль].

Значение молярной массы органического вещества можно определить при помощи его плотности по кислороду:

M_substance = M(O₂) × D(O₂)_;

M_substance = 32 × 1,313 = 42 г/моль

Чтобы найти истинную формулу органического соединения найдем отношение полученных молярных масс:

M_substance / M(CH₂) = 42 / 14 = 3

Значит индексы атомов углерода и водорода должны быть в 3 раза выше, т.е. формула вещества будет иметь вид C₃H₆.

Ответ

C₃H₆

ПРИМЕР 2

Задание

Найдите молекулярную формулу вещества, если плотность его паров по водороду равна 67,5, а состав выражается следующими массовыми долями элементов: 23,7% серы, 23,7% кислорода, 52,6% хлора.

Решение

Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле:

ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%

Обозначим количество моль элементов, входящих в состав соединения за «х» (сера), «у» (хлор) и «z» (кислород). Тогда, мольное отношение будет выглядеть следующим образом (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел):

x:y:z = ω(S)/Ar(S) : ω(Cl)/Ar(Cl) : ω(O)/Ar(O);

x:y:z= 23,7/32 : 52,6/35,5 : 23,7/16;

x:y:z= 0,74 : 1,48:1,48 = 1 : 2: 2

Значит простейшая формула соединения серы, хлора и кислорода будет иметь вид SCl₂O₂ и молярную массу 135г/моль[M(SCl₂O₂) = Ar(S) + 2×Ar(Cl) + 2×Ar(O) = 32 + 2×35,5 + 2×16 = 32 + 71 + 32 = 135г/моль].

Значение молярной массы органического вещества можно определить при помощи его плотности по водороду:

M_substance = M(H₂) × D(H₂)_;

M_substance = 2 × 67,5 = 135 г/моль

Чтобы найти истинную формулу органического соединения найдем отношение полученных молярных масс:

M_substance / M(SCl₂O₂) = 135 / 135 = 1

Значит формула соединения серы, хлора и кислорода имеет вид SCl₂O₂.