Fórmulas Empírica, molecular y estructural: Composición porcentual en masa.

Composición porcentual en masa

El porcentaje de la masa de cada elemento presente en una muestra se denomina composición porcentual en masa. El cálculo se realiza siguiendo la siguiente fórmula:

Por ejemplo, en la fórmula CH₄, hay un mol de átomos de carbono y cuatro moles de átomos de hidrógeno en un mol de moléculas de metano.

Para calcular el porcentaje en masa del hidrógeno en el metano aplicamos la fórmula vista con anterioridad:

La masa de hidrógeno en la muestra será el resultado del producto de la masa molar del hidrógeno por el número de moles que haya en la fórmula (en este caso 4). Por otra parte, la masa total será la masa molar de la molécula de metano 16,04 g/mol por un mol de metano en este caso.

Fórmula empírica

La fórmula empírica es la expresión de la proporción más simple entre los átomos de un compuesto químico, esto quiere decir que la fórmula empírica tiene los subíndices enteros más pequeños posibles.

La fórmula empírica nos indica los diferentes elementos que componen la molécula y la relación entre ellos pero no nos indica la fórmula real del compuesto.

Por ejemplo, la glucosa tiene una fórmula empírica CH₂O, que nos indica la presencia de carbono, oxígeno e hidrógeno en su estructura en proporción 1:2:1. Sin embargo se sabe que la fórmula real de la molécula de glucosa es C₆H₁₂O₆.

Una forma sencilla de establecer la fórmula empírica a partir de la composición centesimal consiste en suponer una muestra de 100 gramos, de esta forma, los porcentajes coinciden con los gramos de cada elemento en la muestra.

Ejercicio para hallar la fórmula empírica:

La composición porcentual de un compuesto desconocido es 41,03% de carbono, 3,98 % de hidrógeno y 54,9 % de oxígeno ¿Cuál es la fórmula empírica del compuesto desconocido?

Como hemos dicho, si suponemos una muestra de 100 gramos, los porcentajes coinciden con los gramos en la muestra; 41,03 gramos de carbono, 3,98 gramos de hidrógeno y 54,9 gramos de oxígeno.

De esta forma podemos calcular el número de moles de cada átomo en la molécula:

La fórmula empírica debe expresarse utilizando relaciones de números enteros, para ello se dividen los números de moles entre el resultado más pequeño de los obtenidos (3,42).

Al hacer esta operación se obtiene una relación C:H:O de 1.00:1.15:1.00.

Finalmente, como en la fórmula empírica los números de moles deben expresarse en números enteros se multiplica la relación de átomos por algún número con el que tengamos todo en números enteros sencillos (en este caso por 6).

Por lo tanto la relación de moles C:H:O es 6:7:6 y podemos escribir la fórmula empírica del compuesto desconocido cómo C₆H₇O₆.

Fórmula molecular

La fórmula molecular es la fórmula real de la molécula, nos indica los tipos de átomos y el número de cada tipo que participan en la formación de la molécula.

Por ejemplo, la fórmula molecular de la glucosa, C₆H₁₂O₆, nos indica que cada molécula se compone de 6 átomos de C, 12 átomos de hidrógeno y 6 átomos de oxígeno.

Ejercicio para hallar la fórmula molecular:

La masa molar de la glucosa es 180,156 g/mol y sabemos que su fórmula empírica es (CH₂O)n. Su masa molecular sería:

Masa molecular de (CH₂O)n = (1 x 12.01) + (2 x 1.008) + (1 x 16.00) = 30.026 g/mol

Al dividir la masa obtenida experimentalmente entre la que hemos obtenido nos da un resultado de 6. Esto quiere decir que en la fórmula molecular de la glucosa hay 6 fórmulas unitarias por lo que es necesario multiplicar el número de todos los átomos por 6. Por lo tanto podemos afirmar que la fórmula molecular de la glucosa es C₆H₁₂O₆.