Masa a la fórmula
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Fórmula empírica: En el estudio de un sistema químico, necesitamos representar elementos y compuestos con mucha frecuencia. Por ello, en química, los elementos y compuestos se representan de forma abreviada. La representación abreviada de un elemento o un compuesto se llama fórmula química. Sin embargo, hay otra forma de representar los compuestos por su simple relación de números enteros de los diferentes tipos de átomos presentes en una molécula compuesta.
La definición más sencilla de fórmula empírica es que se trata de la relación más simple del número de átomos que intervienen en la formación del compuesto. La fórmula química de cualquier compuesto puede definirse utilizando uno de los dos tipos de fórmulas: fórmulas moleculares y fórmulas empíricas. Tanto la fórmula empírica como la fórmula molecular representan el número y la identidad del átomo. En este artículo, estudiaremos en detalle la fórmula empírica y cómo calcularla.
El compuesto, por ejemplo, tiene una masa total de \(100\) gramos. Si un compuesto contiene \(68\) por ciento de carbono, \(9\) por ciento de hidrógeno y \(23\) por ciento de oxígeno, supondremos \(68\) gramos de carbono, \(9\) gramos de hidrógeno y \(23\) gramos de oxígeno.
Cómo encontrar la fórmula empírica sin porcentajes
En los primeros tiempos de la química, había pocas herramientas para el estudio detallado de los compuestos. Gran parte de la información sobre la composición de los compuestos procedía del análisis elemental de los materiales inorgánicos. El «nuevo» campo de la química orgánica (el estudio de los compuestos de carbono) se enfrentaba al reto de no poder caracterizar un compuesto por completo. Se podían determinar las cantidades relativas de elementos, pero muchos de estos materiales tenían carbono, hidrógeno, oxígeno y posiblemente nitrógeno en proporciones simples. No sabíamos exactamente cuántos de estos átomos había realmente en una molécula concreta.
Una fórmula empírica nos indica las proporciones relativas de los diferentes átomos de un compuesto. Las proporciones también son válidas a nivel molar. Así, el H2O está compuesto por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Asimismo, 1,0 mol de H2O está compuesto por 2,0 moles de hidrógeno y 1,0 mol de oxígeno. También podemos trabajar hacia atrás a partir de las proporciones molares porque si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto, podemos determinar la fórmula empírica.
Cómo calcular la fórmula empírica con porcentajes
La fórmula empírica indica la relación más sencilla entre los distintos átomos presentes en una sustancia. Por ejemplo, en el etano, C2H6, la relación entre el número de átomos de carbono y de hidrógeno es de 1:3. La fórmula empírica es CH3. En el peróxido de hidrógeno, H2O2, donde la proporción más simple es 1:1, la fórmula empírica es HO.
La palabra «empírica» significa «derivada de la observación o del experimento», por lo que una fórmula empírica es aquella que se puede encontrar haciendo experimentos. En otras palabras, puedes calcular los resultados de un experimento que te dirá que la fórmula empírica de un hidrocarburo concreto (no el etano) es CH2, por ejemplo.
Para los compuestos iónicos, como el cloruro de sodio, la fórmula citada es casi siempre la fórmula empírica. En un compuesto iónico no hay un número fijo de iones, sino que depende del tamaño del cristal. Así, la fórmula del cloruro de sodio se indica simplemente como NaCl, mostrando la proporción 1:1. La fórmula del óxido de sodio es Na2O, mostrando una proporción de 2:1.
Nota: Hay algunos compuestos iónicos, como el peróxido de sodio, Na2O2, o el cloruro de mercurio(I), Hg2Cl2, en los que la fórmula utilizada normalmente no es la fórmula empírica. Hay buenas razones para ello que sería innecesariamente confuso discutir ahora. Casi todos los compuestos iónicos utilizan la fórmula empírica.
Tabla de fórmulas empíricas
Observa a continuación cómo hago el primer problema prestando cierta atención a la utilización de pesos atómicos adecuados, así como a mantener un número de cifras significativas apropiado. Luego, fíjate en cómo me alejo de eso (además de ser realmente consistente con las unidades) en los siguientes problemas.
Fíjate también en que realmente no hay mucha diferencia. El truco está en saber cuándo hacerlo y eso sólo se consigue a través de la experiencia. En general, en los problemas de fórmulas empíricas, C = 12, H = 1, O = 16 y S = 32 son suficientes.
Hay ocasiones en las que será necesario utilizar 12,011 o 1,008. Si te encuentras con un problema que no parece funcionar, vuelve a calcular con pesos atómicos más precisos. Estos problemas, sin embargo, son bastante infrecuentes.
Por si sirve de algo, un consejo sobre el redondeo: no redondees los moles si ves algo como 2,33 o 4,665. El primero se puede representar como dos y un tercio (o siete tercios) y el segundo como cuatro y dos tercios (o catorce tercios). En una situación como ésa, se multiplicaría por tres para llegar a la proporción más pequeña de números enteros en lugar de dividir por la más pequeña.
