Quando um químico descobre um novo material, ele procura encontrar a sua composição por meio de técnicas físicas e químicas. A primeira coisa a se fazer é a purificação deste material, separando cada uma das substâncias ali presentes.
Em seguida, deve-se realizar uma análise elementar de cada um dos elementos da amostra. Através da análise qualitativa e quantitativa, é possível descobrir quais e quantos elementos químicos formam a amostra.
Com esse resultado, podemos escrever a fórmula molecular do composto, que indica o número real de átomos de cada elemento na molécula e pode ser determinada de três formas: através da fórmula mínima ou empírica, da fórmula percentual ou centesimal, ou ainda da fórmula estrutural.
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A fórmula molecular representa a composição exata de uma molécula, mostrando os tipos e quantidades de átomos presentes. Por exemplo, a água (H2O) tem 2 átomos de hidrogênio e 1 de oxigênio; o dióxido de carbono (CO2) tem 1 átomo de carbono e 2 de oxigênio. É fundamental para entender a estrutura química das substâncias.
A fórmula percentual ou centesimal indica a porcentagem, em massa, de cada um dos elementos que constituem a amostra.
Para determinar a fórmula percentual, devemos saber a massa total da amostra e a massa de cada elemento da amostra e jogar esses valores na fórmula 1.
Vejamos um exemplo:
A análise de um eucaliptol de massa total 3,16 g deu sua composição como 2,46 g de carbono (C), 0,373 g de hidrogênio (H) e 0,329 g de oxigênio (O).
Para determinar as percentagens em massa de C, H e O aplicamos a fórmula 1:
PASSO 1:
%C = 2,46 / 3,16 x 100% = 77,85%
%H = 0,373 / 3,16 x 100% = 11,80%
%O = 0,329 / 3,16 x 100% = 10,41%
A fórmula percentual da amostra é C77,85%H11,80%O10,41%.
Agora podemos determinar a fórmula molecular da substância da seguinte forma:
PASSO 2:
Devemos supor, em todos os casos envolvendo fórmula percentual, que 100 g são 100% para converter a proporção dos elementos de porcentagem para massa.
100% amostra ---- 100 g 100% amostra ---- 100 g 100% amostra ---- 100 g
77,85% C ---------- x 11,80% H ---------- y 10,41% O ---------- z
x = 77,85% x 100 g / 100% y = 11,80% x 100 g / 100% z = 10,41% x 100 g / 100%
x = 77,85 g de C y = 11,80 g de H z = 10,41 g de O
PASSO 3:
Para determinar a quantidade em número de mol (n) de cada elemento, devemos dividir os valores de x, y e z pelas suas respectivas massas molares, segundo a fórmula 2.
nC = 77,85 g / 12 g/mol = 6,49 mol
nH = 11,80 g / 1 g/mol = 11,80 mol
nO = 10,41 g / 16 g/mol = 0,65 mol
PASSO 4:
Por fim, dividimos todos os valores de n pelo menor deles, neste caso 0,65 g, e arredondamos para obter menor valor inteiro de átomos possível:
C = 6,49 mol / 0,65 = 9,98 ~ 10 mol de átomos de C
H = 11,80 mol / 0,65 = 18,15 ~ 18 mol de átomos de H
O = 0,65 mol / 0,65 = 1 mol de átomo de O
Portanto, a fórmula molecular do eucaliptol é C10H18O.
Para convertermos a fórmula molecular para fórmula percentual basta determinarmos a massa molecular (MM) através da massa atômica (MA) e do número de mol de átomos (n), usando a fórmula 3 da seguinte forma:
MMC10H18O = (10 x 12) + (18 x 1) + (1 x 16) = 120 + 18 + 16 = 154 g/mol
Assim, na massa molecular de 154 g/mol, o carbono participa com 120 g, o hidrogênio participa com 18 g e o oxigênio com 16 g:
154 g ---- 100% 154 g ---- 100% 154 g ---- 100%
120 g ---- x 18 g ------ y 16 g ------ z
x = 77,92% de C y = 11,69% de H z = 10,39% de O
Portanto, a fórmula percentual da amostra é C77,92%H11,69%O10,39%.
Este valor foi bem próximo ao obtido a partir das massas dadas no exemplo.
A fórmula mínima ou empírica indica a menor proporção, em números inteiros de mol, dos átomos dos elementos que constituem uma substância.
Em alguns casos, a fórmula mínima coincide com a fórmula molecular, como aconteceu no caso do eucaliptol. Tanto a fórmula mínima quanto a molecular é C10H18O. Porém, em outros casos, a fórmula molecular será um múltiplo inteiro da fórmula mínima, segundo a fórmula 4.
Vejamos alguns exemplos de como isso funciona na Tabela 1.
Tabela 1. Relação entre fórmula molecular e fórmula mínima.
Fórmula molecular | n | Fórmula mínima |
H2O | 1 | H2O |
C6H6 | 6 | CH |
P4O10 | 2 | P2O5 |
C2H2 | 2 | CH |
A fórmula molecular pode ser obtida a partir dos seguintes métodos:
Vejamos o exemplo da vitamina C, cuja massa molecular (MM) é 176 g/mol.
Pelo PASSO 2 descrito anteriormente temos, para 100 g de vitamina C:
C = 40,9% em massa = 40,9 g
H = 4,55% em massa = 4,55 g
O = 54,6% em massa = 54,6 g
Pelo PASSO 3 temos:
C = 40,9 g / 12 g/mol = 3,41 mol
H = 4,55 g / 1 g/mol = 4,55 mol
O = 54,6 g / 16 g/mol = 3,41 mol
Pelo PASSO 4 chegamos à fórmula mínima da substância:
C = 3,41 mol / 3,41 = 1 mol de átomos de C
H = 4,55 mol / 3,41 = 1,33 mol de átomos de H
O = 3,41 mol / 3,41 = 1 mol de átomos de O
Como o valor encontrado para H não é inteiro e está muito longe para arredondar para 1, devemos multiplicar todos os valores por 3 para obter a menor proporção de números inteiros. (Se multiplicássemos por 2, 1,33 x 2 = 2,66, o valor também estaria muito longe para ser arredondado para 3).
C = 1 mol x 3 = 3 mol de átomos de C
H = 1,33 mol x 3 = 4 mol de átomos de H
O = 1 mol x 3 = 3 mol de átomos de O
Logo, a fórmula mínima da vitamina C é C3H4O3.
A fórmula mínima apresenta massa molecular igual a:
MMC3H4O3 = (3 x 12) + (4 x 1) + (3 x 16) = 88 g/mol
Aplicando agora a fórmula 4, temos:
176 g/mol = 88 g/mol x n
n = 2
Portanto, a fórmula molecular da vitamina C é (C3H4O3)2 = C6H8O6.
Por exemplo, temos que:
Considerando que sua fórmula molecular seja CxHyOz, temos:
MMCxHyOz = (12x) + (1y) + (16z) = 176 g/mol
176 g ---- 100% 176 g ---- 100% 176 g ---- 100%
12x g ---- 40,9% 1y g ------ 4,55% 16z g ------ 54,6%
x = 6 mol de átomos de C y = 8 mol de átomos de H z = 6 mol de átomos de O
Fórmula molecular = C6H8O6
A fórmula estrutural, também chamada de fórmula estrutural plana, mostra as ligações entre os átomos e sua disposição na molécula. Cada par de elétrons compartilhado por dois átomos é representado por um traço (–). Duplas ligações são representadas por dois traços (=) e triplas ligações por três traços (≡).
Para montar a fórmula estrutural de uma molécula devemos lembrar da Teoria do Octeto, que afirma que os átomos estabilizam com 8 elétrons na sua camada de valência.
A fórmula estrutural é mais utilizada na química orgânica, cujas moléculas são constituídas basicamente de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. Uma molécula pode apresentar diversas fórmulas estruturais, como acontece o C3H6.
As propriedades destas duas moléculas mudam completamente dependendo da sua fórmula estrutural. Para saber qual fórmula estrutural desenhar, é preciso saber a nomenclatura da molécula. As duas fórmulas estruturais possíveis para o C3H6 estão representadas abaixo:
Em quase todas as situações, as ligações entre hidrogênio e outros átomos não são representadas na fórmula estrutural. Por exemplo, as fórmulas estruturais do ciclopropano e do propeno são mais encontradas da seguinte forma:
Este tipo de representação é chamado de fórmula estrutural simplificada ou condensada.
Conseguir determinar a fórmula molecular a partir da fórmula estrutural é ainda mais fácil do que nos casos anteriores. Você terá que simplesmente contar a quantidade de átomos que existem na molécula e escrever a fórmula molecular. No caso do ciclopropano e do propeno, a fórmula molecular será a mesma: C3H6.
Fórmula 1
porcentagem da massa do elemento=\(\frac{massa\hspace{1mm}do\hspace{1mm}elemento\hspace{1mm}da\hspace{1mm}amostra}{massa\hspace{1mm}da\hspace{1mm}amostra} x 100%\)
Fórmula 2
n = massa / massa molar
Fórmula 3
MM = n x MA
Fórmula 4
Fórmula molecular = (fórmula mínima) x n
) “Está registrado na Bíblia, em Levíticos, que as folhas e galhos do salgueiro que nasce nos riachos são medicinais. Há 2400 anos, Hipócrates já recomendava folhas de salgueiro para doenças e trabalhos de parto. Hoje, a aspirina – ácido acetilsalicílico – e a droga mais popular em todo o mundo. Estima-se que já tenham sido consumidos 1.1012 tabletes de aspirina. A cada ano, 50.000 tabletes de aspirina são vendidos mundialmente – isto sem contar as outras formas como o AAS aparece no mercado, quer seja em outras marcas da aspirina ou, ainda, combinado com outros analgésicos, cafeína ou vitamina C. Registrada sob a patente no 36433 de Berlim, em 1899, a aspirina superou gerações e continua sendo a droga mais utilizada no combate a dor – e a cada ano surgem mais indicações para esse fármaco.”
Fonte: www.qmcweb.org.
A aspirina tem 60% de carbono, 4,5% de hidrogênio e 35,5% de oxigênio. Determine a
sua fórmula empírica. Dados: C = 12, H = 1, O = 16.