4.5: Fórmulas empíricas y moleculares

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En el Capítulo 2, introdujimos el concepto de compuesto químico como sustancia que resulta de la combinación de dos o más átomos, de tal manera que los átomos están unidos entre sí en una proporción constante. Representamos esa relación usando los símbolos para los átomos en la molécula, con subíndices para indicar las proporciones fijas de los diversos átomos. El resultado es una fórmula molecular, y en el Capítulo 3, utilizamos fórmulas moleculares para idear nombres químicos para compuestos moleculares e iónicos. Como hemos visto en este capítulo, las fórmulas moleculares pueden ser utilizadas para calcular directamente la masa molar de un compuesto.

Muchos de los métodos, sin embargo, que los químicos utilizan en el laboratorio para determinar la composición de los compuestos no dan la fórmula molecular del compuesto directamente, sino que simplemente producen la menor relación de número entero de los elementos en el compuesto. Una fórmula como esta se llama fórmula empírica. Por ejemplo, la fórmula molecular para la glucosa es C ₆ H ₁₂ O ₆, pero la relación de número entero más simple de los elementos en la glucosa es CH ₂ O; si multiplica cada elemento en (CH ₂ O) por seis, se obtiene la fórmula molecular para la glucosa. Una fórmula empírica no se puede convertir en una fórmula molecular a menos que se conozca la masa molar del compuesto. Por ejemplo, la fórmula empírica para el ácido acético (el componente ácido en vinagre) es idéntica a la de la glucosa (CH ₂ O). Si analizaste estos dos compuestos y determinaste solo una fórmula empírica, no podrías identificar qué compuesto tenías.

La conversión de una fórmula empírica en una fórmula molecular requiere que conozcas la masa molar del compuesto en cuestión. Sabiendo esto, se puede calcular una fórmula molecular basada en el hecho de que una fórmula empírica siempre se puede multiplicar por un número entero n para producir una fórmula molecular. Así, algún valor de n, multiplicando cada elemento en CH ₂ O dará lugar a la fórmula molecular del ácido acético. El valor de n se puede determinar de la siguiente manera:

\[n\times (CH_{2}O),\: where\; n=\frac{molar\; mass\; of\; the\; compound}{molar\; mass\; of\; the\; empirical\; formula} \nonumber \]

Para el ácido acético, la masa molar es de 60.05 g/mol, y la masa molar de la fórmula empírica CH ₂ O es 30.02 g/mol. El valor del entero n para el ácido acético es, por lo tanto,

\[n=\frac{60.05\; g/mol}{30.02\; g/mol}=2 \nonumber \]

Y la fórmula molecular es C ₂ H ₄ O ₂.

Tenga en cuenta que n debe ser un número entero y que su cálculo siempre debe arrojar un número entero (o muy cercano a uno).

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Se determina que un compuesto tiene una masa molar de 58.12 g/mol y una fórmula empírica de C ₂ H ₅; determinar la fórmula molecular para este compuesto.
El benceno es un intermedio en la producción de muchos químicos importantes utilizados en la fabricación de plásticos, drogas, colorantes, detergentes e insecticidas. El benceno tiene una fórmula empírica de CH. Tiene una masa molar de 78.11 g/mol. ¿Cuál es la fórmula molecular?