O que é fórmula molecular?
A fórmula molecular é utilizada para mostrar quais são os elementos que compõem uma determinada substância e assim, mostra também o número exato de átomos de cada elemento que está presente na molécula. Logo, a fórmula molecular é a representação mais simples de uma molécula por informar os átomos, os números de átomos e suas proporções que constituem a estrutura dessa substância.
Como determinar a fórmula molecular?
Para determinar a fórmula molecular é interessante compreender o que é fórmula mínima ou empírica. A fórmula mínima expressa a proporção existente entre os átomos dos elementos de uma molécula em números inteiros.
Por exemplo, a molécula de água é H2O e sendo assim, a proporção de átomos de H e O é 2:1. Isso significa que cada molécula de água apresenta dois átomos de hidrogênio ligados a um átomo de oxigênio. No caso da água, a fórmula molecular corresponde à fórmula mínima.
Agora, considere a molécula de benzeno: C6H6. A fórmula apresentada mostra que há 6 átomos de hidrogênio e 6 átomos de carbono na sua estrutura. No entanto, sua fórmula mínima é igual a CH com proporção de 1:1. Ou seja, essa fórmula indica a proporção mínima, em números inteiros, entre os átomos dos elementos que compõem a molécula da substância sendo uma simplificação matemática. No caso do benzeno, obtido ao dividir o números dos átomos por 6.
Diante disso, podemos concluir que a fórmula molecular é um múltiplo inteiro (n) da fórmula mínima:
(Fórmula mínima) n = Fórmula molecular
Logo, a fórmula molecular pode ser determinada conhecendo alguns aspectos além da fórmula mínima como, por exemplo, a massa molecular do composto.
Fórmula mínima e massa molecular
Sabendo a fórmula mínima e a massa do composto que precisamos determinar a fórmula molecular, podemos encontrar quantas fórmulas mínimas estão presentes na massa molar em questão. A relação é feita da seguinte maneira:
(Fórmula mínima) n = Fórmula molecular
n = massa molar/ massa da fórmula mínima
Agora, voltando ao caso do benzeno. Se a informação apresentada tivesse sido a seguinte:
- Qual a fórmula molecular do composto que apresenta massa molar de 78 g/ mol e com fórmula mínima CH?
A princípio, precisamos calcular a massa molar da fórmula mínima. No caso, o CH apresenta a massa de 13 g/ mol. Relacionando as massas, temos:
n = massa molar/ massa da fórmula mínima
n = 78 / 13
n = 6
(Fórmula mínima) n = Fórmula molecular
(CH) x 6 = C6H6
Portanto, a fórmula molecular do benzeno é 6 vezes a fórmula mínima, logo, C6H6.
Fórmula percentual ou centesimal
A fórmula percentual ou centesimal indica a massa de cada elemento químico que está presente em 100 partes da massa de uma substância pura. Desse modo, se a fórmula percentual é apresentada, encontra-se de início a fórmula mínima e em seguida, quantas fórmulas mínimas estão presentes na massa molar em questão.
Para entender melhor, considere o seguinte enunciado:
(UFPel-RS) [..] Na fumaça de um cigarro, podem existir até 6 mg de nicotina e, através de pesquisas, descobriu-se que cada miligrama dessa substância contém aproximadamente 74,1% de C, 8,6% de H e 17,2% de N. Sabendo que a massa molar de nicotina é 162 g/ mol, determine a massa molecular.
Assim, conhecendo a fórmula percentual pode-se determinar a fórmula mínima.
O primeiro passo é realizar a divisão do percentual apresentado pelas respectivas massas molares de cada um dos elementos:
C = 74,1/ 12 = 6,175
H = 8,6/ 1 = 8,6
N = 17,2/ 14 = 1,229
Assim, com as razões obtidas, divide-se todas as razões pela menor razão obtida de cada um dos elementos, no caso, a razão de 1,229, sendo necessário aproximar os valores para um número inteiro.
C = 6,175/ 1,229 = aproximadamente 5
H = 8,6/ 1,229 = aproximadamente 7
N = 1,229/ 1,229 = 1
Com isso, a fórmula mínima da nicotina é C5H7N. Trazendo a relação apresentada anteriormente e sabendo que a fórmula mínima apresenta massa molar 81 g/ mol.
n = massa molar/ massa da fórmula mínima
n = 162/ 81
n = 2
(Fórmula mínima) n = Fórmula molecular
(C5H7N) x 2 = C10H14N2
Desse modo, a fórmula molecular da nicotina é C10H14N2.
Cálculo direto
Outra maneira de se encontrar a fórmula molecular é utilizando-se o método direto sem utilizar a fórmula mínima. Como sabemos que a nicotina é formada por átomos de C, H e N, podemos substituir os índices da fórmula molecular por termos genéricos, x, y e z. Assim: CxHyNz.
Como a massa molecular é igual a 162 g/ mol, temos:
12x + y + 14z = 162
Sabendo dessas relações, podemos encontrar as proporções dos elementos por meio de uma regra de três.
Carbono
100% ———– 74,1%
162 g/ mol ———- 12x
x = 10
Hidrogênio
100% ———– 8,6%
162 g/ mol ———- y
y = 14
Nitrogênio
100% ———– 17,2%
162 g/ mol ———- 14z
z = 2
Qual a diferença entre a fórmula molecular da fórmula estrutural?
A fórmula molecular apresenta a constituição da molécula em relação aos átomos existentes na substância e a proporção deles na sua formação, sendo a representação mais simples de uma molécula.
Já a fórmula estrutural é a representação utilizada para demonstrar as ligações existentes e a disposição delas entre os átomos de uma molécula.
Desse modo, é possível construir a fórmula estrutural por meio da fórmula molecular, mas para isso, é preciso levar em consideração a quantidade de ligações que cada elemento realiza.
