FORMULAS MOLECULARES: Las formulas moleculares revelan el verdadero numero de átomos que contiene una molécula. Para hallarla se necesita primero hallar la formula empirica, la cual vimos en la entrada pasada, posteriormente se debe sacar el peso molecular de la formula empirica y dividirlo por el dado en el problema. Este resultado se debe aproximar al numero entero mas cercano, segun corresponda, y por ultimo este valor se multiplica por cada uno de los subindices contenidos en la formula empirica y queda ya la formula molecular armada. En algunos casos la formula empirica es la misma formula molecular. Veamos un ejemplo:
Hemos obtenido la siguiente composición porcentual de un compuesto: 85,7 %
de C y 14,3 % de H.
Datos: MC = 12 u ; MH = 1 u.
¿Cuál es la fórmula empírica?
Si la masa molecular es 84 u, ¿cuál es su fórmula molecular?
1mol de C
C = 85.7g * _________ = 7.14 moles de C
12g
1 mol H
H = 14.3g * _____________ = 14.3 moles de H
1g
7.14
C = ___________ = 1
7.14
14.3
H = ____________ = 2
7.14
FORMULA EMPIRICA CH2
PARA HALLAR LA FORMULA MOLECULAR SE DEBE SACAR EL PESO MOLECULAR DE LA FORMULA EMPIRICA:
C = 1 * 12g = 12g
H = 2 * 1g = 2g
_________
14g
DIVIDIMOS EL PESO MOLECULAR SUMINISTRADO EN EL PROBLEMA POR EL HALLADO SEGUN LA FORMULA EMPIRICA:
84g
____ = 6
14g
MULTIPLICAMOS ESTE RESULTADO POR CADA UNO DE LOS COEFICIENTES OBTENIDOS EN LA FORMULA EMPIRICA (CH2)6
Las formulas empiricas nos expresan el número minimo de átomos que pueden llegar a conformar una molecula.
Para armar formulas empiricas debemos seguir unos pasos:
1) Convertir los porcentajes (%) o gramos, dados en el ejercicio, a moles.
2) Escoger el menor resultado de los obtenidos en el paso anterior y, dividir los otros resultados por este valor. (Los resultados se deben aproximar al número entero mas cercano, no se pueden expresar en decimales).
3) Los resultados obtenidos corresponden a los subindices (número de átomos correspondientes a cada elemento en la molecula) del compuesto y esta ya sería la formula empirica del elemento.
Veamos algunos ejemplos:
Deduce la fórmula empírica de de un compuesto que contiene 21,6% de Na, 33,3% de Cl y 45,1% de O. Datos: MNa = 23 u ; MCl = 35,5 u ; MO = 16 u.
Elemento
Masa en la muestra
Masa atómica
Relación de átomos (Conversión a moles)
Relación números enteros sencillos (Subindices)
Na
21,6 g
23 u
21,6 / 23 = 0,939
0,939 / 0,938 = 1
Cl
33,3 g
35,5 u
33,3 / 35,5 = 0,938
0,938 / 0,938 = 1
O
45,1 g
16 u
45,1 / 16 = 2,819
2,819 / 0,938 = 3
Fórmula empírica: NaClO3
Se queman en aire 1,515 g de vapor de cinc y se obtienen 1,886 g de óxido de cinc. Deduce la fórmula empírica del óxido formado. Datos: MZn = 65,38 u ; MO = 16 u.
Elemento
Masa en la muestra
Masa atómica
Relación de átomos (Conversión a moles)
Relación números enteros sencillos (Subindices)
Zn
1,515 g
65,38 u
1,515 / 65,38 = 0,0232
0,0232 / 0,0232 = 1
O
1,886 –1,515 = 0,371 g
16 u
0,371 / 16 = 0,0232
0,0232 / 0,0232 = 1
Fórmula empírica: ZnO
Calcula la fórmula empírica de una sustancia cuya composición porcentual en masa es 0,8% de H, 36,5% de Na; 24,6% de P y 38,1% de O. Datos: Datos: MH = 1 u ; MNa = 23 u.; MP = 31 u ; MO = 16 u.
Elemento
Masa en la muestra
Masa atómica
Relación de átomos (Conversión a moles)
Relación números enteros sencillos (Subindices)
H
0,8 g
1 u
0,8 / 1 = 0,8
0,8 / 0,794 = 1 (1,008)
Na
36,5 g
23 u
36,5 / 23 = 1,587
1,587 / 0,794 = 2 (1,999)
P
24,6 g
31 u
24,6 / 31 = 0,794
0,794 / 0,794 = 1
O
38,1 g
16 u
38,1 / 16 = 2,381
2,381 / 0,794 = 3 (2,999)
Fórmula empírica: Na2HPO3
Deduce la fórmula empírica de un compuesto que contiene la siguiente composición porcentual en masa: 48,96% de O, 26,52% de Cr y 24,52% de S. Datos: MO = 16 u ; MCr = 52 u ; MS = 32,1 u.
Elemento
Masa en la muestra
Masa atómica
Relación de átomos (Conversión a moles)
Relación números enteros sencillos (Subindices)
O
48,96 g
16 u
48,96 / 16 = 3,06
3,06 / 0,51 = 6
Cr
26,52 g
52 u
26,52 / 52 = 0,51
0,51 / 0,51 = 1
S
24,52 g
32,1 u
24,52 / 32,1 = 0,764
0,764 / 0,51 = 1,5 (1,498)
Para que la relación sea de números enteros sencillos deberemos multiplicar todo por dos:
Elemento
Relación números enteros sencillos (Subindices)
O
6 · 2 = 12
Cr
1 · 2 = 2
S
1,5 · 2 = 3
Fórmula empírica: Cr2S3O12
Deduce la fórmula empírica de un compuesto que contiene la siguiente composición porcentual en masa: 92,31% de C y 7,69% de H. Si la masa molecular es de 78 u, ¿cuál es su fórmula molecular? Datos: MC = 12 u ; MH = 1 u
Elemento
Masa en la muestra
Masa atómica
Relación de átomos (Conversión a moles)
Relación números enteros sencillos (Subindices)
C
92,31 g
12 u
92,31 / 12 = 7,692
7,692 / 7,69 = 1
H
7,69 g
1 u
7,69 / 1 = 7,69
7,69 / 7,69 = 1
Ahora veamos el siguiente video que nos complementa lo visto:
Como vemos el mol para la química es algo útil como veíamos en la anterior entrada, ahora debemos entender que en base a la mol giran bastantes temáticas de la química como son: Conversiones molares, Formulas empiricas y moleculares, Estequiometria, gases, soluciones, equilibrio químico, cinética química, entre otros.
Como vemos este concepto de mol es una de las temáticas claves en el estudio de la química.
En próximas publicaciones nos dedicaremos a estudiar detenidamente cada una de estas temáticas.
La mol es una unidad de medida de masa empleada específicamente en el trabajo Químico, su equivalencia es una cantidad inimaginable por lo grande que es, es el famoso numero de Avogadro, el cual equivale al valor de 6,023 x 10 23
Este número, expresado en notación científica, se compara con la cantidad de granos de arena que hay en la playa, entre otras comparaciones para denotar lo grande que es este número, el cual esta por el orden de los cuatrillones.
Químicamente hablando este número equivale a una mol de un elemento cualquiera de la tabla periódica o de un compuesto y esto equivaldría a hablar de se peso atómico o molecular respectivamente.
1 MOL (elemento o compuesto) = 6,023 x 10 23 (Átomos o moléculas) = PESO (Atómico o molecular)
Para poder desarrollar ejercicios de este tipo se debe saber sacar el peso molecular del compuesto y desarrollarlos con un artificio matemático llamado "factor de conversión"
EJEMPLOS:
¿Cuántas moles de hierro representan 25.0 g de hierro (Fe)? Necesitamos convertir gramos de Fe a moles de Fe. Buscamos la masa atómica del Fe y vemos que es 55.85 g . Utilizamos el factor de conversión apropiado para obtener moles.
25.0 g Fe
(
1 mol 55.85 g
)
= 0.448 moles Fe
La unidad del dato y del denominador del factor de conversión debe ser la misma
¿Cuántos átomos de magnesio están contenidos en 5.00 g de magnesio (Mg)? Necesitamos convertir gramos de Mg a átomos de Mg. Para este factor de conversión necesitamos la masa atómica que es 24.31 g.
5.00 g Mg
(
1 mol 24.31 g
)
= 0.206 mol Mg
¿Cuál es la masa de 3.01 x 10átomos de sodio (Na)? Utilizaremos la masa atómica del Na (22.99 g) y el factor de conversión de átomos a gramos.
3.01 x 1023 átomos Na
(
22.99 g 6.023 x 10átomos
)
= 1.31 x 10 átomos Na
Masa molar de los compuestos.- Una mol de un compuesto contiene el número de Avogadro de unidades fórmula (moléculas o iones) del mismo. Los términos peso molecular, masa molecular, peso fórmula y masa fórmula se han usado para referirse a la masa de 1 mol de un compuesto. El término de masa molar es más amplio pues se puede aplicar para todo tipo de compuestos. A partir de la fórmula de un compuesto, podemos determinar la masa molar sumando las masas atómicas de todos los átomos de la fórmula. Si hay más de un átomo de cualquier elemento, su masa debe sumarse tantas veces como aparezca.
Ejemplos: Calcule la masa molar de los siguientes compuestos. KOH (hidróxido de potasio)
K
1 x 39.10 =
39.10
O
1 x 16.00 =
16.00
H
1 x 1.01 =
1.01 +
56.11 g
Cu3(PO4)2 (sulfato de cobre II)
Cu
3 x 63.55 =
190.65
P
2 x 30.97 =
61.04
O
8 x 16 =
128 +
379.69 g
Al2(SO3)3 (sulfito de aluminio)
Al
2 x 26.98 =
53.96
S
3 x 32.06 =
96.18
O
9 x 16 =
144 +
294.14 g
En el caso de los compuestos también podemos establecer una relación entre moles, moléculas y masa molar.
1 MOL = 6.022 x10 MOLÉCULAS = MASA MOLAR (gramos)
Ejemplos: ¿Cuántas moles de NaOH (hidróxido de sodio) hay en 1.0 Kg de esta sustancia? En primer lugar debemos calcular la masa molar del NaOH
Na
1 x 22.99 =
22.99
O
1 x 16.00 =
16.00
H
1 x 1.01 =
1.01 +
40.00 g
La secuencia de conversión sería:
1.00 Kg NaOH
(
1000 g 1 Kg
)
= 1000 g NaOH
1000 g NaOH
(
1 mol 40.00 g
)
= 25.0 mol NaOH
¿Cuál es la masa de 5.00 moles de agua? Calculamos la masa molar del H2O.
H
2 x 1.01 =
2.02
O
1 x 16 =
16 +
18.02 g
5.00 mol H2O
(
18.02 g 1 mol
)
= 90.1 g H2O
¿Cuántas moléculas de HCl (cloruro de hidrógeno) hay en 25.0 g? Calculamos la masa molar del HCl.
átomos de sodio (Na)?
átomos Na