Cálculo de fórmulas empíricas e moleculares

A fórmula empírica de um composto químico é uma representação da razão numérica inteira mais simples entre os elementos que compõem o composto. A fórmula molecular é a representação da razão de números inteiros real entre os elementos do composto. Este tutorial passo a passo mostra como calcular as fórmulas empíricas e moleculares para um composto.

Leia também 
Fórmula Química
Problema empírico e molecular

Uma molécula com um peso molecular de 180,18 g/mol é analisada e contém 40,00% de carbono, 6,72% de hidrogênio e 53,28% de oxigênio.

Como encontrar a solução

Encontrar a fórmula empírica e molecular é basicamente o processo inverso usado para calcular o percentual ou percentual de massa.

Etapa 1: Encontre o número de mols de cada elemento em uma amostra da molécula.

Nossa molécula contém 40,00% de carbono, 6,72% de hidrogênio e 53,28% de oxigênio. Isso significa que uma amostra de 100 gramas contém:

40,00 gramas de carbono (40,00% de 100 gramas)
6,72 gramas de hidrogênio (6,72% de 100 gramas)
53,28 gramas de oxigênio (53,28% de 100 gramas)
 

Nota: 100 gramas são usados ​​para um tamanho de amostra apenas para facilitar a matemática. Qualquer tamanho de amostra pode ser usado, as proporções entre os elementos permanecerão as mesmas.

Usando esses números, podemos encontrar o número de mols de cada elemento na amostra de 100 gramas. Divida o número de gramas de cada elemento na amostra pelo peso atômico do elemento para encontrar o número de mols.
 
moles C = 40,00 gx 1 mol C / 12,01 g / mol C = 3,33 moles C
moles H = 6,72 gx 1 mol H / 1,01 g / mol H = 6,65 moles H
moles O = 53,28 gx 1 mol O / 16,00 g / mol O = 3,33 moles O
 
Etapa 2: encontre as relações entre o número de mols de cada elemento.
Selecione o elemento com o maior número de moles na amostra. Nesse caso, os 6,65 moles de hidrogênio são os maiores. Divida o número de mols de cada elemento pelo maior número.
 

Razão molar mais simples entre C e H: 3,33 mol C / 6,65 mol H = 1 mol C / 2 mol H
A proporção é de 1 mol C por cada 2 mol H

A razão mais simples entre O e H: 3,33 moles O / 6,65 moles H = 1 mol O / 2 mol H

A razão entre O e H é 1 mole O para cada 2 moles de H

Etapa 3: Encontre a fórmula empírica.
 
Temos todas as informações necessárias para escrever a fórmula empírica. Para cada duas moles de hidrogênio, há uma mole de carbono e uma mole de oxigênio.
 

A fórmula empírica é CH2O.

Etapa 4: Encontre o peso molecular da fórmula empírica.
 

Podemos usar a fórmula empírica para encontrar a fórmula molecular usando o peso molecular do composto e o peso molecular da fórmula empírica.

 

A fórmula empírica é CH2O . O peso molecular é

 

peso molecular de CH2O = (1 x 12,01 g/mol) + (2 x 1,01 g/mol) + (1 x 16,00 g/mol)
peso molecular de CH2O = (12,01 + 2,02 + 16,00) g/mol
peso molecular de CH2O = 30,03 g/mol

 

Etapa 5: Encontre o número de unidades de fórmula empírica na fórmula molecular.

A fórmula molecular é um múltiplo da fórmula empírica. Foi-nos dado o peso molecular da molécula, 180,18 g/mol. Divida esse número pelo peso molecular da fórmula empírica para encontrar o número de unidades da fórmula empírica que compõem o composto.
 

Número de unidades de fórmula empírica no composto = 180,18 g/mol/30,03 g/mol
Número de unidades de fórmula empírica no composto = 6

 

Etapa 6: Encontre a fórmula molecular.

 

São necessárias seis unidades de fórmula empírica para formar o composto, portanto multiplique cada número na fórmula empírica por 6.

fórmula molecular = 6 x CH2O

fórmula molecular = C(1×6)H(2×6)O(1×6)
fórmula molecular = C6H12O6

Solução:
 

A fórmula empírica da molécula representa um grupo CH2O.
A fórmula molecular do composto é C6H12O6.

 

Limitações das fórmulas moleculares e empíricas

Ambos os tipos de fórmulas químicas produzem informações úteis. A fórmula empírica nos diz a razão entre os átomos dos elementos, o que pode indicar o tipo de molécula (um carboidrato, no exemplo). A fórmula molecular lista os números de cada tipo de elemento e pode ser usada para escrever e equilibrar equações químicas . No entanto, nenhuma fórmula indica o arranjo de átomos em uma molécula. Por exemplo, a molécula neste exemplo, C6H12O6, pode ser glucose, frutose, galactose, ou outro açúcar simples. São necessárias mais informações do que as fórmulas para identificar o nome e a estrutura da molécula.

 

Principais tópicos da fórmula empírica e molecular

  • A fórmula empírica fornece a menor proporção de número inteiro entre os elementos em um composto.
  • A fórmula molecular fornece a razão real do número inteiro entre os elementos em um composto.
  • Para algumas moléculas, as fórmulas empíricas e moleculares são as mesmas. Geralmente, a fórmula molecular é um múltiplo da fórmula empírica.

Fonte:

Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. “Calcular fórmulas empíricas e moleculares”. ThoughtCo, 17 de fevereiro de 2020.