Para poder estudiar los compuestos químicos y sus fórmulas primero debemos hablar de manera muy generalizada de los enlaces químicos. Es importante mencionar que el tema de los enlaces químicos se discutirá con profundidad en módulos posteriores, y que lo que estas a punto de leer no es sino una breve descripción de los tipos de enlaces que existen.
Los enlaces químicos son los encargados de hacer que se unan los átomos para formar compuestos.
El enlace covalente da como resultado compuestos moleculares.
El enlace covalente ocurre cuando los átomos comparten electrones, dando lugar a un compuesto molecular, el cual está constituido por moléculas (se llama molécula a un conjunto de al menos dos átomos enlazados covalentemente). Generalmente los compuestos moleculares consisten en un número pequeño de átomos no metálicos (más adelante veremos cuales son los elementos no metálicos).
El enlace iónico da como resultado compuestos iónicos.
La combinación química de un elemento metal y un no metal normalmente dan lugar a un compuesto iónico. Un compuesto iónico está formado por iones positivos y iones negativos unidos por fuerzas electrostáticas de atracción. Los átomos de los elementos metálicos tienden a perder uno o más electrones cuando se combinan con átomos no metálicos y los átomos no metálicos tienden a ganar uno o más electrones. Como resultado de esta transferencia de electrones, el átomo metálico se convierte en un ion positivo y el átomo no metálico se convierte en un ion negativo, para finalmente atraerse entre si y formar el compuesto.
Formulas químicas.
Los compuestos químicos se representan mediante fórmulas. Para escribir una fórmula química simplemente se indican los elementos por medio de su signo y el número relativo de átomos de cada elemento como subíndice.
Por ejemplo, la fórmula del agua nos dice que esta compuesta por 2 átomos de hidrógeno y 1 átomo de oxígeno.
Cuando en la fórmula existan paréntesis seguidos de un subíndice, se nos esta indicando que el subíndice exterior debe multiplicar a los subíndices interiores. Por ejemplo:
Ca(HO)2 = CaH2O2 C2(H2O)2 = C2H4O2
Existen tres tipos de fórmulas; la fórmula empírica, la fórmula molecular y la fórmula estructural.
Fórmula empírica.
Una fórmula empírica es la fórmula mas sencilla para un compuesto. En una fórmula empírica los subíndices se reducen a la razón de números enteros mas sencilla, por ejemplo, la fórmula empírica del compuesto P4O10 seria P2O5, ya que si te das cuenta, la fórmula empírica conserva la misma proporción de átomos pero reducidos a los números enteros más pequeños posibles.
Si tenemos una sustancia (por ejemplo agua, café, sal) y queremos obtener su fórmula empírica, primero se determina por una serie de procesos químicos hechos en laboratorios (por eso se llama empírica) la cantidad de elementos presentes y abundancia en porcentaje o gramos de cada uno de estos. Una vez obtenidos estos datos, se puede conocer cuál es la fórmula empírica de la sustancia. A continuación veremos un vídeo en el cual se explica cómo hacer esto.
Fórmula molecular.
La diferencia entre la fórmula molecular y la empírica, es que la fórmula molecular indica la cantidad real de átomos que conforman una molécula y no la relación reducida a número enteros, que es lo que hace la empírica.
La fórmula molecular coincide a veces con la fórmula empírica; otras veces es un múltiplo entero de esta.
Veamos con un ejemplo la diferencia entre la fórmula molecular y la empírica. P2O5 es la fórmula empírica del compuesto P4O5. Podemos notar que la fórmula empírica nos muestra la cantidad de átomos reducida a los enteros más pequeños pero siempre conservando las proporciones, mientras que la fórmula molecular nos muestra la cantidad real de átomos que tiene la molécula.
Fórmula estructural.
La fórmula estructural muestra la forma en que se unen los átomos en una molécula y los tipos de enlace. Por ejemplo, veamos la fórmula estructural del ácido acético.
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La fórmula nos indica que tres de los cuatro átomos de (H) se enlazan a uno de los átomos de (C) y el átomo de (H) restante se enlaza a un átomo de (O). Los dos átomos de (O) se enlazan a uno de los átomos de (C) y los dos átomos de (C) se enlazan entre si. En la fórmula estructural, los enlaces covalentes se representan por líneas o trazos (—). Uno de los enlaces se representa por un doble trazo ( = ) y se le llama enlace covalente doble. En módulos posteriores veremos algunas diferencias entre los enlaces simples y los enlaces dobles. Por ahora, solo pensaremos en el enlace doble como un enlace mas fuerte que el enlace simple.
3 formas de representar una fórmula.
Ahora representemos al ácido acético en su forma empírica, molecular y estructural.
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Masas molares de los compuestos.
La masa molar de un compuesto nos expresa el número de gramos que hay en 1 mol del compuesto.
La masa molar se obtiene a partir de la fórmula del compuesto. Para calcular la masa molar de un compuesto seguimos estos dos pasos:
1.- Multiplique la masa molar de cada elemento por su subíndice en la fórmula.
2.- Sume las contribuciones de cada elemento y exprese el número de gramos por mol del compuesto.
Pongamos un ejemplo.
Calcular la masa molar del agua cuya fórmula es H2O (con cuatro dígitos).
La masa molar se define como el número de gramos que hay en un mol del compuesto. Por lo tanto la masa molar del agua seria la siguiente:
Composición centesimal de un compuesto a partir de su fórmula.
La composición centesimal de un compuesto nos indica cual es el porcentaje de masa que aporta cada elemento al compuesto. Por ejemplo, en el halotano, cuya fórmula es C2HBrClF3, el carbono (C) aporta el 12.17% a la masa total del compuesto, el hidrógeno (H) aporta el 0.51%, el bromo (Br) aporta el 40.48%, el cloro (Cl) aporta el 17.96% y el Flúor aporta el 28.88%. Si sumamos todos los porcentajes deberá dar como resultado 100%.
Si nos dan la fórmula de un determinado compuesto, nosotros podemos obtener el porcentaje en masa de cada elemento utilizando la siguiente fórmula:
Pongamos un ejemplo, determinemos la composición centesimal del compuesto C2HBrClF3.
Simplemente aplicamos la fórmula que vimos anteriormente para determinar el porcentaje de cada elemento.
La masa molar de C2HBrClF3 es 197.38 g/mol.
