Fórmula Molecular

Para determinar a fórmula molecular de um composto, basta calcular quantas fórmulas unitárias mínimas são necessárias para obter a massa molar do composto determinado.

A fórmula molecular simplifica a representação da estrutura molecular mostrando quantos átomos de cada elemento estão presentes

A fórmula molecular indica a quantidade de átomos de cada elemento químico que compõe uma molécula ou espécie química de determinada substância e a proporção em que eles se encontram.

Existem três formas de se determinar a fórmula molecular:

1º) Por meio da fórmula mínima ou empírica, que é a fórmula que indica a proporção dos átomos dos elementos na molécula com os menores números inteiros possíveis. Por exemplo, a fórmula mínima do estireno, um composto usado na produção do polímero poliestireno, é CH. A proporção entre seus elementos é então de 1 : 1. Assim, sua fórmula molecular poderia ser qualquer uma das seguintes: CH, C₂H₂, C₃H₃, C₄H₄, C₁₀H₁₀ e assim por diante. Existem infinitas possibilidades.

Por isso, para determinar a fórmula molecular, além da fórmula mínima, precisamos de uma informação a mais, que é a massa molar. A massa molar é um dado que geralmente é fornecido no exercício, porque ela é determinada experimentalmente. Uma das técnicas utilizadas é a espectrometria de massa. Se a substância for gás ou vapor, os cientistas podem usar a equação de Clapeyron para determinar sua massa molar, e se for um líquido, ela pode ser vaporizada e essa equação ser usada.

Portanto, se soubermos a massa molar da substância pura, basta calcular quantas fórmulas unitárias serão necessárias para chegar até essa massa molar.

Para uma melhor compreensão, vamos determinar a fórmula molecular do estireno, cuja massa molar é dada por 104 g/mol.

Resolução:

1º passo- Determinar a massa da fórmula mínima. Valores das massas molares: C = 12 g/mol e H = 1 g/mol:

CH = 12 + 1 = 13 g/mol

2º passo: Calcular a fórmula molecular:

13 g ----------- 1 mol
104g ---------- x
x = 104/ 13
x = 8 mol

Isso significa que precisamos de 8 fórmulas mínimas para chegar à massa molar do estireno. Assim, basta multiplicar os índices dos elementos na fórmula mínima por 8 para achar a fórmula molecular, que é: C₈H₈.

2º) Por meio da fórmula percentual ou centesimal, que indica a quantidade em massa de cada elemento em 100 partes de massa da substância pura.

Com a fórmula percentual, chegamos à fórmula mínima e, por fim, descobrimos a fórmula molecular. Veja um exemplo:

(UFPel-RS) A nicotina, uma das substâncias presentes nos cigarros, é considerada uma droga psicoativa, responsável pela dependência do fumante. Além de estimular o sistema nervoso central, a nicotina altera o ritmo cardíaco e a pressão sanguínea, sendo, por isso, o tabagismo incluído na Código Internacional de Doenças (CID-10). 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. (Dado: N = 6,02 . 10²³.)

Com base no texto e em seus conhecimentos,

a) sabendo que a massa molar da nicotina é 162 g/mol, represente sua fórmula molecular.

Resolução:

1º passo - Determinar a fórmula mínima por meio da fórmula percentual:

Temos: 74,1% de C, 8,6% de H e 17,2% de N. Dividimos cada valor desses, considerando em gramas, pelas respectivas massas molares:

C = 74,1/12 = 6,175
H = 8,6/1 = 8,6
N = 17,2/14 = 1,229

Agora pegamos esses valores e dividimos cada um pelo menor entre eles, que é o 1,229:

C = 6,175/1,229 ≈ 5
H = 8,6/1,229 ≈ 7
N = 1,229/ 1,229 = 1

Assim, a fórmula mínima da nicotina é: C₅H₇N.

2º passo – Proceder igual ao exemplo anterior, determinando primeiro a massa da fórmula mínima e depois calculando quantas fórmulas mínimas são necessárias para se chegar à massa molar da substância:

C₅H₇N = (5 . 12) + (7 . 1) + (1 . 14) = 81 g/mol

1 mol ---- 81 g
x---------- 162 g
x = 162/81
x = 2

2 . C₅H₇N = C₁₀H₁₄N₂ → Essa é a fórmula molecular da nicotina.

3º) Calculando diretamente a fórmula molecular, sem usar a fórmula mínima.

Por exemplo, no item anterior, sabíamos que a nicotina era formada por C, H e N. Assim, podemos substituir os índices da fórmula molecular (que é o que estamos tentando descobrir) por x, y e z. Assim: C_xH_yN_z.

Sabemos que a massa molar é igual a 162 g/mol, então, temos:

C_x H_y N_z
 ↓   ↓   ↓
12x + y + 14z = 162

Agora é só fazer regras de três para cada elemento químico. Observe isso abaixo:

C: H: N:
100% – 74,1% de C 100% – 8,6% de H 100% – 17,2% de N

162 g – 12x de C 162 g – y de H 162 g – 14z de N
1200x = 12004,2 100y = 1393,2 1400z = 2786,4
x = 12004,2/1200 y = 1393,2/100 z = 2786,4/1400
x = 10 y = 14 z = 2

C₁₀H₁₄N₂→ É exatamente a mesma fórmula molecular encontrada por meio da outra forma de resolução.