Comment calculer la formule empirique d'un composé chimique

Définissez le terme « formule empirique ». En chimie, la formule empirique (FE) est le moyen le plus simple de décrire un composant. Il s'agit de la liste des éléments qui le composent, organisés en pourcentage. Il est important de noter que cette formule ne prend pas en compte l'arrangement et la disposition des atomes du composant. Elle décrit simplement les éléments qui composent le complexe chimique ^[1] . Par exemple :

• Une molécule composée de 40,92 % de carbone, 4,58 % d'hydrogène et 54,5 % d'oxygène (il s'agit de pourcentages massiques) aura une formule empirique de C₃H₄O₃ (nous prendrons cet élément comme exemple dans la partie 2).

Comprenez le terme « composition en pourcentages ». Ce terme se réfère au pourcentage massique individuel de chaque type d'atome par rapport à la masse totale du composé chimique étudié. Pour trouver la formule empirique d'un composé, vous devez connaitre sa composition en pourcentage. Si vous cherchez une formule empirique dans le cadre d'un devoir, on vous donnera sans doute ces pourcentages.

• Dans un laboratoire de chimie, vous devrez examiner le composé pour trouver sa composition. Pour cela, il faut mener quelques expériences et analyses quantitatives. À moins que vous ne vous trouviez dans un laboratoire, vous n'avez pas besoin de mener ces expériences.

Notez que l'on utilisera la masse atomique. Il s'agit de la masse d'un élément chimique, exprimée en tant que multiple d'une masse élémentaire (u.m.a.). On cherchera ensuite la fraction massique de chaque élément dans le composé en utilisant la formule suivante : le pourcentage d'un élément dans le composé (en masse) divisé par la masse atomique de celui-ci ^[2] .

• Par exemple, disons que notre composé est constitué à 40,92 % de carbone. La masse atomique du carbone est de 12 u.m.a. (unité de masse atomique) donc notre résultat sera : 40,92 / 12 = 3,41.

Apprenez à trouver le ratio atomique. Lorsque vous travaillez sur un composé, vous devrez trouver la fraction massique de plusieurs atomes différents. Une fois que vous avez trouvé ces valeurs pour chaque élément de votre composé, regardez-les tous ensemble. Pour trouver le ratio atomique, vous devez considérer d'abord l'élément avec la plus petite fraction, parmi les éléments du composé. Vous diviserez toutes les fractions par la fraction de cet élément.

• Disons que nous travaillons sur un composé présentant 3 éléments : l'un avec une fraction de 1,5, le second avec une fraction de 2 et le troisième étant à 2,5. La plus petite fraction est de 1,5. Pour trouver le ratio atomique, vous devez diviser tous les chiffres précédents par 1,5 et les présenter avec le symbole du ratio  : .
• 1,5 / 1,5 = 1 ; 2 / 1,5 = 1,33 ; 2,5 / 1,5 = 1,66. Votre ratio atomique est donc de 1 : 1,33 : 1,66.

Convertissez les nombres obtenus en nombres entiers. Lorsque vous écrivez une formule empirique, vous devez travailler avec des nombres entiers. Vous ne pouvez donc pas utiliser des nombres tels que 1,33. Une fois que vous avez écrit votre ratio atomique, vous devez convertir les parties non entières (comme 1,33) en nombres entiers (comme 3). Pour ce faire, vous devez trouver le nombre entier par lequel multiplier chaque nombre de votre ratio atomique pour obtenir uniquement des nombres entiers.

• Essayez avec 2. Multipliez les nombres du ratio atomique calculé précédemment (1 ; 1,33 et 1,66) par 2. Vous obtenez 2 ; 2,66 et 3,32. Ces nombres ne sont pas entiers donc 2 ne fonctionne pas.
• Essayez avec 3. Vous obtenez 3  ; 4 et 5 lorsque vous multipliez 1 ; 1,33 et 1,66 par 3. Ainsi, votre ratio atomique, écrit en nombres entiers, donne 3 : 4 : 5.

Comprenez bien ce que ces nombres entiers signifient dans la formule empirique. Le ratio entier que vous venez de calculer s'intègre dans la formule empirique. Ces trois nombres entiers sont les petits nombres en indices que l'on trouve au pied des lettres symbolisant les éléments, lorsqu'on décrit un composé chimique. Par exemple, la formule empirique du composé des exemples précédents serait :

• X₃Y₄Z₅