Química

Una fórmula molecular es una representación de una molécula que utiliza símbolos químicos para indicar los tipos de átomos seguidos de subíndices para mostrar el número de átomos de cada tipo en la molécula. (El subíndice sólo se utiliza cuando hay más de un átomo de un tipo determinado). Las fórmulas moleculares también se utilizan como abreviaturas de los nombres de los compuestos.

La fórmula estructural de un compuesto proporciona la misma información que su fórmula molecular (los tipos y números de átomos de la molécula) pero también muestra cómo están conectados los átomos en la molécula. La fórmula estructural del metano contiene símbolos para un átomo de C y cuatro átomos de H, lo que indica el número de átomos de la molécula (Figura 1). Las líneas representan los enlaces que mantienen unidos los átomos. (Un enlace químico es una atracción entre átomos o iones que los mantiene unidos en una molécula o un cristal). Más adelante hablaremos de los enlaces químicos y veremos cómo predecir la disposición de los átomos en una molécula. Por ahora, basta con saber que las líneas son una indicación de cómo están conectados los átomos en una molécula. Un modelo de bola y palo muestra la disposición geométrica de los átomos con tamaños atómicos no a escala, y un modelo de relleno de espacio muestra los tamaños relativos de los átomos.

Aunque muchos elementos están formados por átomos individuales discretos, algunos existen como moléculas formadas por dos o más átomos del elemento unidos químicamente. Por ejemplo, la mayoría de las muestras de los elementos hidrógeno, oxígeno y nitrógeno están compuestas por moléculas que contienen dos átomos cada una (llamadas moléculas diatómicas) y, por tanto, tienen las fórmulas moleculares H2, O2 y N2, respectivamente. Otros elementos que suelen encontrarse como moléculas diatómicas son el flúor (F2), el cloro (Cl2), el bromo (Br2) y el yodo (I2). La forma más común del elemento azufre está compuesta por moléculas que constan de ocho átomos de azufre; su fórmula molecular es S8 (Figura 2).

Es importante tener en cuenta que un subíndice a continuación de un símbolo y un número delante de un símbolo no representan lo mismo; por ejemplo, H2 y 2H representan especies claramente diferentes. H2 es una fórmula molecular; representa una molécula diatómica de hidrógeno, formada por dos átomos del elemento unidos químicamente. La expresión 2H, en cambio, indica dos átomos de hidrógeno separados que no están combinados como una unidad. La expresión 2H2 representa dos moléculas de hidrógeno diatómico (Figura 3).

Los compuestos se forman cuando dos o más elementos se combinan químicamente, dando lugar a la formación de enlaces. Por ejemplo, el hidrógeno y el oxígeno pueden reaccionar para formar agua, y el sodio y el cloro pueden reaccionar para formar sal de mesa. A veces describimos la composición de estos compuestos con una fórmula empírica, que indica los tipos de átomos presentes y la relación numérica más simple del número de átomos (o iones) en el compuesto. Por ejemplo, el dióxido de titanio (utilizado como pigmento en la pintura blanca y en el tipo de protector solar grueso y blanco) tiene una fórmula empírica de TiO2. Esto identifica a los elementos titanio (Ti) y oxígeno (O) como constituyentes del dióxido de titanio, e indica la presencia del doble de átomos del elemento oxígeno que de átomos del elemento titanio (Figura 4).

Como se ha comentado anteriormente, podemos describir un compuesto con una fórmula molecular, en la que los subíndices indican el número real de átomos de cada elemento en una molécula del compuesto. En muchos casos, la fórmula molecular de una sustancia se deriva de la determinación experimental tanto de su fórmula empírica como de su masa molecular (la suma de las masas atómicas de todos los átomos que componen la molécula). Por ejemplo, se puede determinar experimentalmente que el benceno contiene dos elementos, carbono (C) e hidrógeno (H), y que por cada átomo de carbono en el benceno hay un átomo de hidrógeno. Por tanto, la fórmula empírica es CH. Una determinación experimental de la masa molecular revela que una molécula de benceno contiene seis átomos de carbono y seis átomos de hidrógeno, por lo que la fórmula molecular del benceno es C6H6 (Figura 5).

Si conocemos la fórmula de un compuesto, podemos determinar fácilmente la fórmula empírica. (Esto es un poco un ejercicio académico; en la práctica se suele seguir la cronología inversa). Por ejemplo, la fórmula molecular del ácido acético, el componente que da al vinagre su sabor fuerte, es C2H4O2. Esta fórmula indica que una molécula de ácido acético (figura 6) contiene dos átomos de carbono, cuatro de hidrógeno y dos de oxígeno. La proporción de átomos es 2:4:2. Si se divide por el mínimo común denominador (2) se obtiene la proporción más sencilla de átomos, 1:2:1, por lo que la fórmula empírica es CH2O. Ten en cuenta que una fórmula molecular es siempre un múltiplo entero de una fórmula empírica.