Fórmula molecular y fórmula empírica

Una molécula es un conjunto de dos o más átomos unidos en proporciones definidas por enlaces de diversos tipos. Es representada por una fórmula química, la cual expresa la conformación del compuesto por medio de los elementos que la forman.

Las moléculas se pueden clasificar en:

a) Molécula diatómica. Es aquella molécula compuesta por dos átomos, pueden ser del mismo elemento como  los gases (excepto los gases nobles), o de diferente elemento, como el HCl, KCl, CO, etc.

b) Molécula poliatómica. Es aquella molécula conformada por más de tres elementos. La mayoría de los compuestos pertenecen a esta categoría, por ejemplo CO₂, H₂O, C₆H₁₂O₂₄, etc.

En el estudio de la química, específicamente en los gases, es necesario expresar correctamente algunos términos. Uno de ellos es decir, por ejemplo, oxígeno. No sabemos si se refiere al oxígeno atómico, al oxígeno molecular o al elemento oxígeno. ¿Cuál es la diferencia entre dichos términos?

Cuando usamos “oxígeno atómico” se refiere a átomos de oxígeno (O), “oxígeno molecular” para moléculas de oxígeno (O₂) y “elemento oxígeno” para hablar del elemento y sus propiedades.

Además, también es conveniente marcar la diferencia entre un compuesto y una molécula. El compuesto es una sustancia conformada por dos o más átomos y una molécula es la unidad de dicha sustancia.

La fórmula empírica o fórmula mínima es aquella que indica el tipo de átomos que conforman a un compuesto, la relación mínima del número enteros de átomos y no necesariamente la cantidad exacta de átomos en ella.

Para obtener la fórmula mínima vamos a seguir ciertos pasos:

1. Obtener la cantidad porcentual de cada átomo que conforma a la molécula. (En algunos casos, el problema ya tiene dado este dato)

2. Transformar ese porcentaje a masa en gramos.

3. Sacar moles del elemento.

4. Dividir todos los moles de los diversos elementos entre los moles del elemento que tiene menos cantidad. Si se obtienen números enteros, esos son los átomos que tiene la fórmula mínima de cada elemento y se colocará como subíndices.

5. En caso de que al dividir alguno de los elementos no dé números enteros, sino decimales, se procederá a multiplicar dicho resultado por un número que haga que se transforme en entero. Se recomienda comenzar a multiplicar por dos, si no da, por tres y así sucesivamente.

6.- Cuando se encuentre el número entero, para balancear la composición, se multiplicarán los demás elementos por el número que multiplicó los decimales anteriores.

Es importante destacar que en la fórmula empírica o mínima no es importante el orden de los elementos, sino la cantidad de átomos.

La fórmula molecular nos dice la cantidad de átomos que contiene un compuesto de cada elemento que lo forma. Esta fórmula se puede obtener a partir de la fórmula empírica o mínima, siempre y cuando se conozca la masa molecular del compuesto. Los pasos son los siguientes:

1. Obtener un múltiplo a partir de la siguiente relación:

2.- Con el múltiplo obtenido, se procederá a multiplicar los subíndices de la fórmula empírica, obteniendo así la fórmula molecular del compuesto.

EJEMPLOS

1.- El ácido ascórbico (Vitamina C) cura el escorbuto y puede ayudar a prevenir el resfriado común. Se compone de 40.92% de carbono (C), 4.58% de hidrógeno (H) y 54.50% de oxígeno (O) en masa. Determina la fórmula empírica.

Elemento	Porcentaje	Masa
C	40.92%	40.92 g
H	4.58%	4.58 g
O	54.50%	54.50 g

2.- La fórmula empírica del ácido acético (el ingrediente importante del vinagre) es CH₂O. ¿Cuál es la fórmula molecular del compuesto si se sabe que su masa molecular aproximada es de 60 g?

Lo primero que tenemos que hacer es obtener la masa molecular de la fórmula empírica:

ELEMENTO	NÚMERO DE ÁTOMOS	Multiplicar	MASA ATÓMICA EN g	Es igual a	MASA MOLECULAR PARCIAL
Carbono (C)	1	X	12 g	=	12 g
Hidrógeno (H)	2	X	1 g	=	2 g
Oxígeno (O)	1	X	16 g	=	16 g
				Masa molecular total	30 g

 

ACTIVIDAD. Resolver los siguientes ejercicios.

a) Un compuesto de oxígeno (O) y nitrógeno (N) tiene la composición de 1.52 g de N y 3.47 g de O. Se sabe que la masa molecular de este compuesto está entre 90 y 95 g. Determine la fórmula molecular y la masa molecular del compuesto.

b) La alicina es un compuesto que le da el olor al ajo. Se analizó dicho compuesto y se obtuvieron las siguientes composiciones porcentuales en masa, C: 44.4%; H: 6.21%; S: 39.5%; O: 9.86%. Calcule su fórmula empírica. Sabiendo que su masa molecular es aproximadamente 162 g, ¿cuál es su fórmula molecular?

c) La masa molar de la cafeína es de 194.19 g. ¿Cuál es la fórmula molecular de la cafeína C4H5N2O o C8H10N4O2?

d) En ciertas ocasiones se sospecha que el glutamato monosódico (MSG) es la causa del “síndrome del restaurante chino”, debido a que este saborizante de la comida puede provocar dolores de cabeza y de pecho. El MSG tiene la siguiente composición en masa: 35.51% de C, 4.77% de H, 37.85% de O, 8.29% de N y 13.60% de Na. ¿Cuál es su fórmula molecular si su masa molecular es de 169 g?