Química

Fórmula empírica y molecular

Las fórmulas empírica y molecular son dos tipos de fórmulas químicas que le indican las relaciones o proporciones de los elementos de un compuesto. La fórmula empírica o más simple da la proporción de elementos en números enteros más pequeña en un compuesto, mientras que la fórmula molecular da la proporción de elementos en números enteros real. La fórmula molecular es un múltiplo de la fórmula empírica, aunque a veces se multiplica la fórmula empírica por “1”, por lo que las dos fórmulas son iguales. El análisis de combustión y composición siempre proporciona la fórmula empírica, pero puede encontrar la fórmula molecular si conoce el peso molecular. Aquí hay ejemplos de fórmulas empíricas y moleculares y problemas resueltos que muestran cómo encontrar estas fórmulas a partir de porcentajes de masa y peso molecular.

Formula empírica

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La fórmula empírica es la fórmula más simple para un compuesto. Puede obtener la fórmula empírica a partir de la fórmula molecular dividiendo todos los subíndices de la fórmula por el mínimo común denominador. Por ejemplo, si la fórmula molecular es H ₂ O ₂, entonces el mínimo común denominador es 2. Dividir ambos subíndices por 2 da la fórmula más simple de HO. Si la fórmula molecular es C ₆ H ₁₂ O ₆, entonces el mínimo común denominador es 6 y la fórmula más simple es CH ₂ O.Si la fórmula molecular es CO ₂, entonces el mínimo común denominador es 1 y la fórmula empírica es la misma. como la fórmula molecular.

Fórmula molecular

La fórmula molecular es la fórmula real de un compuesto. Como la fórmula empírica, los subíndices son siempre números enteros positivos. La fórmula molecular es un múltiplo de la fórmula empírica. Por ejemplo, la fórmula empírica del hexano es C ₃ H ₇, mientras que su fórmula molecular es C ₆ H ₁₄. Ambos subíndices de la fórmula empírica se multiplicaron por 2 para obtener la fórmula molecular.

Fórmula empírica vs molecular

Formula empírica	Fórmula molecular
Composición elemental más simple de compuesto	Composición elemental real del compuesto
Encontrado a partir de porcentajes de masa de elementos en compuestos	Encontrado usando la fórmula empírica y el peso molecular del compuesto.
Proporción simple de números enteros de elementos	Múltiplo de la fórmula empírica que sigue siendo una razón de números enteros
Encontrado a partir del análisis de combustión o composición	Se utiliza para escribir reacciones químicas y dibujar fórmulas estructurales.

Pasos para encontrar la fórmula molecular a partir de la fórmula empírica

Puede encontrar la fórmula molecular a partir de la fórmula empírica y el peso molecular.

Ejemplo

Por ejemplo, encontremos la fórmula molecular del hexano, sabiendo que su fórmula empírica es C ₃ H ₇ y su peso molecular es 86,2 amu.

Primero calcule el peso de fórmula de la molécula. Para hacer esto, busque el peso atómico de cada elemento, multiplique cada uno por su subíndice en la fórmula empírica y luego sume todos los valores para obtener el peso de la fórmula.

Carbono: 12.01 x 3 = 36.03
Hidrógeno: 1.008 x 7 = 7.056

Peso de la fórmula = 36,03 + 7,056 = 43,09 uma

Ahora, sabes que la fórmula molecular debe ser un múltiplo de la fórmula empírica. Encuentre la relación entre el peso molecular y el de fórmula dividiendo el peso molecular por el peso empírico:

peso molecular / peso empírico = 86,2 / 43,09 = 2

A menudo, obtendrá un valor decimal, pero debería ser cercano a un número entero. Finalmente, multiplique cada subíndice en la fórmula empírica por este número entero para obtener la fórmula molecular:

C _{3 × 2} H _{7 × 2} = C ₆ H ₁₄

Siga este sencillo diagrama de flujo para encontrar una fórmula empírica a partir de los porcentajes de masa de los elementos.

A veces, no conoce la fórmula empírica, pero puede determinarla a partir de otros datos y luego usarla para obtener la fórmula molecular. En este caso, encuentre la fórmula molecular de un compuesto a partir de su peso molecular y los porcentajes de masa de cada átomo. Para hacer esto, siga estos pasos:

Suponga que tiene una muestra de 100 gramos del compuesto. De esta manera, todos los valores de porcentaje de masa se suman perfectamente para darle la cantidad de gramos de cada elemento.
Usa la tabla periódica para buscar el peso atómico de cada elemento. Recuerde, el peso atómico es el número de gramos por mol del elemento. Ahora puede convertir la cantidad de gramos de cada elemento en la cantidad de moles.
Encuentre la relación molar entre los elementos dividiendo cada valor molar por el menor número de moles. Utilice esta razón para obtener la fórmula empírica.
Calcule el peso de la fórmula del compuesto usando la fórmula empírica. Para hacer esto, multiplique el peso atómico por el subíndice de cada elemento y luego sume todos los valores.
Encuentre la relación entre la fórmula molecular y la fórmula empírica dividiendo el peso molecular por el peso de la fórmula. Redondea este número para que sea un número entero.
Multiplica todos los subíndices de la fórmula empírica por el número entero para escribir la fórmula molecular.

Ejemplo

Por ejemplo, encuentre la fórmula empírica y la fórmula molecular del ácido ascórbico (vitamina C) si la masa molecular es 176 amu y una muestra es 40,92% C, 4,58% H y 54,50% O en masa.

Primero suponga que tiene una muestra de 100 gramos, lo que hace que la masa de cada elemento:

40,92 g C
4,58 g H
54,50 g O

A continuación, busque los pesos atómicos de estos elementos para averiguar cuántas moléculas tiene de cada elemento. Si no está seguro de este paso, revise cómo hacer una conversión de gramo a mol.

mol C = 40,92 gx (1 mol / 12,011 g) = 3,407 mol C
mol H = 4.58 gx (1 mol / 1.008 g) = 4.544 mol H
mol O = 54.50 gx (1 mol / 15.999 g) = 3.406 mol O

Encuentre la razón de números enteros más simple entre los elementos dividiendo cada valor molar por el más pequeño (3.406 en este ejemplo). Esté atento a valores decimales como «1.5», «1.333» o «1.667» porque indican fracciones que puede usar para obtener valores enteros.

C = 3.407 mol / 3.406 mol = 1.0
H = 4.544 mol / 3.406 mol = 1.334
O = 3.406 mol / 3.406 mol = 1.0

Los subíndices de la fórmula empírica deben ser números enteros, pero el hidrógeno es una fracción. Debe preguntarse qué número necesitaría multiplicar para obtener un número entero. Dado que «.33» es el valor decimal para 1/3, puede multiplicar todos los números por 3 para obtener números enteros.

C = 1,0 x 3 = 3
H = 1.333 x 3 = 4
O = 1.0 x 3 = 3

Al introducir estos valores como subíndices, se obtiene la fórmula empírica:

C ₃ H ₄ O ₃

Para encontrar la fórmula molecular, primero determine la masa de la fórmula empírica multiplicando cada subíndice por el peso atómico de su átomo y sumando todos los valores:

(3 x 12,011) + (4 x 1,008) + (3 x 15,999) = 88,062 uma

Si este valor es aproximadamente el mismo que el peso molecular de la muestra, entonces la fórmula molecular es la misma que la fórmula empírica. Dado que 88.062 es diferente de 176, sabes que la fórmula molecular es un múltiplo de la fórmula empírica. Encuentre el multiplicador dividiendo el peso molecular por el peso de la fórmula empírica:

176 uma / 88.062 uma = 2,0

Finalmente, multiplique cada subíndice en la fórmula empírica por este número para obtener la fórmula molecular:

fórmula molecular del ácido ascórbico = C _{3 × 2} H _{4 × 2} O _{3 × 2} = C ₆ H ₈ O ₆

Fórmulas estructurales

Si bien las fórmulas empíricas y moleculares establecen el tipo y la cantidad de átomos en un compuesto, no le dicen cómo están organizados esos átomos. Las fórmulas estructurales indican enlaces simples, dobles y triples, anillos y, a veces, conformación tridimensional. Los tipos de fórmulas estructurales incluyen estructuras de Lewis, fórmulas esqueléticas, proyecciones de Newman, proyecciones de caballete, proyecciones de Haworth y proyecciones de Fischer.

Pedro José Mira