- Derivar la fórmula empírica de una molécula dada su composición en masa
Puntos clave
- Las fórmulas empíricas son la forma más sencilla de notación.
- La fórmula molecular de un compuesto es igual, o un múltiplo de número entero, de su fórmula empírica.
- Al igual que las fórmulas moleculares, las fórmulas empíricas no son únicas y pueden describir un número de estructuras químicas diferentes o isómeros.
- Para determinar una fórmula empírica, se puede utilizar la composición de masa de sus elementos para determinar matemáticamente su proporción.
Término
- Fórmula empíricaUna notación que indica las proporciones de los distintos elementos presentes en un compuesto, sin tener en cuenta los números reales.
Los químicos utilizan una variedad de notaciones para describir y resumir los componentes atómicos de los compuestos. Estas notaciones, que incluyen fórmulas empíricas, moleculares y estructurales, utilizan los símbolos químicos de los elementos junto con valores numéricos para describir la composición atómica.
Las fórmulas empíricas son la forma más sencilla de notación. Proporcionan la menor proporción de números enteros entre los elementos de un compuesto. A diferencia de las fórmulas moleculares, no proporcionan información sobre el número absoluto de átomos en una sola molécula de un compuesto. La fórmula molecular de un compuesto es igual o un múltiplo de número entero de su fórmula empírica.
Fórmulas estructurales frente a fórmulas empíricas
Una fórmula empírica (al igual que una fórmula molecular) carece de información estructural sobre la posición o el enlace de los átomos en una molécula. Por lo tanto, puede describir una serie de estructuras diferentes, o isómeros, con distintas propiedades físicas. En el caso del butano y el isobutano, la fórmula empírica de ambas moléculas es C2H5, y comparten la misma fórmula molecular, C4H10. Sin embargo, una representación estructural del butano es CH3CH2CH2CH3, mientras que el isobutano puede describirse utilizando la fórmula estructural (CH3)3CH.
Determinación de fórmulas empíricas
Las fórmulas empíricas se pueden determinar utilizando datos de composición de masas. Por ejemplo, el análisis de combustión puede utilizarse de la siguiente manera:
- Un analizador CHN (un instrumento que puede determinar la composición de una molécula) puede utilizarse para encontrar las fracciones de masa de carbono, hidrógeno, oxígeno y otros átomos para una muestra de un compuesto orgánico desconocido.
- Una vez que se conocen las contribuciones de masa relativas de los elementos, esta información se puede convertir en moles.
- La fórmula empírica es la relación de números enteros más baja posible de los elementos.
Ejemplo 1:
Suponga que le dan un compuesto como el acetato de metilo, un disolvente comúnmente utilizado en pinturas, tintas y adhesivos. Cuando se analizó químicamente el acetato de metilo, se descubrió que tenía un 48,64% de carbono (C), un 8,16% de hidrógeno (H) y un 43,20% de oxígeno (O). Para determinar las fórmulas empíricas, suponemos que tenemos 100 g del compuesto. Si este es el caso, los porcentajes serán iguales a la masa de cada elemento en gramos.
Paso 1: Cambiar cada porcentaje por una expresión de la masa de cada elemento en gramos. Es decir, el 48,64% de C se convierte en 48,64 g de C, el 8,16% de H se convierte en 8,16 g de H, y el 43,20% de O se convierte en 43,20 g de O porque suponemos que tenemos 100 g del compuesto global.
Paso 2: Convertir la cantidad de cada elemento en gramos a su cantidad en moles.
Izquierda(\frac{48,64 \mbox{ g C}}{1}directo)\frac{1 \mbox{ mol}}{12.01 \mbox{g C}{derecho}) = 4,049{text{mol}
left(\frac{8,16 \mbox{g H}{1}{derecho})\left(\frac{1 \mbox{mol}{1,008 \mbox{g H}{derecho) = 8.095\\Nmoles
Izquierda(\frac{43.20\Ng de O}{1}derecha)\NIzquierda(\frac{1\mbox{mol}{16.00\Ng de O}{derecha) = 2.Paso 3: Dividir cada uno de los valores molares por el menor de los valores molares.049 \mbox{ mol }}{2,7 \mbox{ mol }} = 1,5
frac{8,095 \mbox{ mol }}{2,7 \mbox{ mol }} = 3
frac{2,7 \mbox{ mol }}{2.7 \mbox{ mol }} = 1
Paso 4: Si es necesario, multiplicar estos números por enteros para obtener números enteros; si se hace una operación con uno de los números, se debe hacer con todos.
1,5 veces 2 = 3
3 veces 2 = 6
1 veces 2 = 2
Así, la fórmula empírica del acetato de metilo es C3H6O2.
Ejemplo 2:
La fórmula empírica del decano es C5H11. Su peso molecular es 142,286 g/mol. Cuál es la fórmula molecular del decano?
Paso 1: Calcular el peso molecular de la fórmula empírica (el peso molecular del C = 12,011 g/mol y del H = 1,008 g/mol)
5 (12,0111 g/mol) + 11 (1,008 g/mol) = C5H11
60,055 g/mol + 11,008 g/mol = 71.143 g/mol por C5H11
Paso 2: Dividir el peso molecular de la fórmula molecular entre el peso molecular de la fórmula empírica para hallar la relación entre ambos.
\frac{142,286 \ g/mol}{71,143 \ g/mol} = 2
Como el peso de la fórmula molecular es el doble del peso de la fórmula empírica, debe haber el doble de átomos, pero en la misma proporción. Por tanto, si la fórmula empírica del decano es C5H11, la fórmula molecular del decano es el doble, o sea C10H22.