Módulo 1: 6 Fórmulas químicas

Fórmulas Químicas

Las Fórmulas químicas

Los químicos utilizan fórmulas químicas para expresar la composición de las moléculas y los compuestos iónicos por medio de los símbolos químicos. Composición significa no solamente los elementos presentes, sino también la proporción en la cual se combinan los átomos. En este punto se consideran dos tipos de fórmulas: Fórmulas moleculares y fórmulas empíricas.

¿Qué nos dice la fórmula química?

La urea es una molécula orgánica muy utilizada en la industria química, como fertilizante y para hacer polímeros

En esta molécula observamos 1 átomo de carbono, 1 de oxígeno, 2 de nitrógeno y 4 de hidrógeno

Entonces podemos escribir su fórmula como:

COH N

Aunque se acostumbra a escribir con un orden diferente dada la organización particular de esta molécula

(NH ) CO

Ejemplo

(NH ) CO

¿Cuantos átomos de hidrógeno hay en 25.6 g de urea?

La masa molar de la urea es 60.06 g/mol

La fórmula química nos dice la proporción de cada elemento

Es decir que cada molécula de urea contiene 4 átomos de hidrógeno, o que cada mol de urea contiene 4 moles de urea

Recordemos que:

Fórmula empírica

Indica cuáles elementos están presentes y la proporción mínima entre los átomos, pero NO necesariamente indica el número real de átomos de la molécula

Muchas sustancias tienen fórmulas empíricas distintas al número real de átomos, por ejemplo:

El próxido de hidrógeno

Tiene una relación de H:O de 2:2 o 1:1

Su fórmula empírica será HO

Fórmula molecular

Si la fórmula empírica del peróxido de hidrógeno es HO

¿Qué tipo de fórmula química es ?

Ya que esta fórmula muestra la cantidad real de átomos de la molécula, esta

Es la fórmula molecular

Fórmula químicas

Ciertas sustancias no tienen un número definido de átomos que lo componen

El cloruro de sodio contiene gran cantidad de iones de cloro y sodio y la cantidad total de estos iones solo depende del tamaño del cristal.

Como los compuestos iónicos

Sin embargo, sabemos que la cantidad de iones sodio y iones cloruro tiene una relacion 1:1 ya que la sustancia tiene todas sus cargas equiparadas

Debido a esto, para este tipo de compuestos, solo usamos la

fórmula empírica

Fórmulas químicas

Para conocer las formulas químicas, es necesario comenzar con la composición porcentual en masa de un compuesto

Es decir, el porcentaje en masa de cada elemento presente en el compuesto

Si asumimos que tenemos 1 mol de sustancia

Donde n es la cantidad de veces que se repite un elemento en la fórmula de una sustancia

Ejemplo

En 1 mol de peróxido de hidrógeno (H O ) hay 2 moles de átomos de H y 2 mol de átomos de O. Las masas molares de H O , H y O son 34.02 g/mol, 1.008 g/mol y 16.00 g/mol, respectivamente

¿Y si fuera al revés?

¿Cómo obtenemos la fórmula química desde la composición porcentual?

Veamoslo con un ejemplo

El ácido ascórbico está formado por 40.92% de carbono, 4.58% de hidrógeno y 54.50% de oxígeno en masa.

Si asumimos que tenemos 100 g de ácido ascórbico, cada porcentaje es igual a la masa de cada elemento

Esta masa la podemos transformar a moles

Ejemplo

El ácido ascórbico está formado por 40.92% de carbono, 4.58% de hidrógeno y 54.50% de oxígeno en masa.

Dividimos cada elemento por el que tenga la menor cantidad de moles

No tiene sentido escribir la fórmula de esta forma, asi que debemos simplificar.

Ejemplo

El ácido ascórbico está formado por 40.92% de carbono, 4.58% de hidrógeno y 54.50% de oxígeno en masa.

Nos hemos acercado, pero aún no lo logramos, ya que necesitamos números enteros

No existe 1.33 átomos

recordemos a Democrito

Ya que no podemos simplificar mas, tendremos que amplificar para conseguir un número entero en el hidrógeno

Al amplificar por 3, la cantidad de hidrógeno es un número entero. Así que amplificaremos todos por 3

La fórmula empírica será:

Fórmulas químicas

Se puede determinar la fórmula empírica de ciertas sustancias de forma experimental por un proceso sencillo

La combustión en oxígeno puro de compuestos orgánicos generará productos separables por "trampas", las cuales pueden ser pesadas al terminar la reacción

Fórmulas químicas

En un experimento, 11.5 g de etanol producen 22.0 g de CO y 13.5 g de H O. ¿Cuál es la fórmula empírica del etanol?

Deberemos utilizar lo aprendido en la unidad de "El mol y el número de Avogadro para calcular la masa de los átomos de carbono que se encuentran en el dióxido de carbono, y la masa de hidrógeno desde el agua, en este caso, ya que pueden haber mas compuestos resultantes de la reacción

Fórmulas químicas

En un experimento, 11.5 g de etanol producen 22.0 g de CO y 13.5 g de H O. ¿Cuál es la fórmula empírica del etanol?

Si recordamos la ley de conservación de la masa

La masa total de la muestra debe ser igual a la suma de las masas de carbono, hidrógeno y oxígeno

Fórmulas químicas

En un experimento, 11.5 g de etanol producen 22.0 g de CO y 13.5 g de H O. ¿Cuál es la fórmula empírica del etanol?

Desde aquí, podemos proceder igual que en el caso donde comenzamos con la composición porcentual

Dividiendo por 0.25, es decir la cantidad menor de moles

C H O

Fómula empírica

Fórmula molecular

Podemos obtener la fórmula molecular a partir de la fórmula empirica, pero necesitamos mas información

Necesitamos la masa molar aproximada del compuesto

Revisemos esto directamente con un ejemplo

Una muestra de un compuesto contiene 1.52 g de nitrógeno (N) y 3.47 g de oxígeno (O). Se sabe que la masa molar de este compuesto está entre 90 y 95 g. Determine la fórmula molecular y la masa molar del compuesto.

Fórmula molecular

Una muestra de un compuesto contiene 1.52 g de nitrógeno (N) y 3.47 g de oxígeno (O). Se sabe que la masa molar de este compuesto está entre 90 y 95 g. Determine la fórmula molecular y la masa molar del compuesto.

La fórmula empírica sera NO Y calcularemos su masa molar aparente como:

Fómula molecular

N O

2 4

Como la masa molar del compuesto esta entre 90 y 95 g/mol, y la masa molar que calculamos es aproximadamente la mitad, deberemos amplificar esta fórmula por 2 para obtener la fórmula molecular

Compruebelo calculando la masa molar con esta fórmula