3.2: Fórmulas Químicas

Uma fórmula química apresenta informações sobre as proporções de átomos que constituem um determinado composto ou molécula química, principalmente utilizando símbolos de elementos e números. Às vezes outros símbolos, tais como traços, parênteses, parênteses rectos, vírgulas, sinais de mais e menos, também são usados. Uma fórmula química pode ser de três tipos – molecular, empírica, e estrutural.

Fórmula Molecular

A fórmula molecular representa uma molécula ou um composto químico utilizando símbolos químicos (para indicar os tipos de átomos) e números subscritos (para mostrar o número de átomos de cada tipo na molécula). Fórmulas moleculares também são usadas como abreviações para os nomes de compostos.

Alguns elementos consistem em átomos individuais discretos, como os gases nobres hélio, néon, e árgon. Tais elementos são chamados de gases monatómicos e têm fórmulas moleculares He, Ne e Ar, respectivamente. Poucos elementos existem como moléculas feitas de dois ou mais átomos do mesmo elemento ligados quimicamente. Por exemplo, elementos como hidrogénio, oxigénio, e azoto existem como moléculas diatómicas contendo dois átomos cada um e, assim, têm as fórmulas moleculares H₂, O₂, e N₂, respectivamente. Da mesma forma, elementos como fósforo e enxofre existem como moléculas poliatómicas com fórmulas moleculares P₄ e S₈, respectivamente. 

É importante notar que um subscrito a seguir a um símbolo e um número à frente de um símbolo não representam a mesma coisa; por exemplo, H₂ e 2H representam espécies distintamente diferentes. H₂ é uma fórmula molecular; representa uma molécula diatómica de hidrogénio, composta por dois átomos do elemento que são ligados quimicamente. A expressão 2H, por outro lado, indica dois átomos de hidrogénio separados que não estão combinados como uma unidade. A expressão 2H₂ representa duas moléculas de hidrogénio diatómico.

Fórmula Empírica

Os compostos são formados quando dois ou mais elementos se combinam quimicamente, resultando na formação de ligações. Por exemplo, hidrogénio e oxigénio podem reagir para formar água, e sódio e cloro podem reagir para formar cloreto de sódio ou sal de mesa. Algumas vezes descrevemos a composição desses compostos com uma fórmula empírica, que indica os tipos de átomos presentes e a mais simples relação de número inteiro do número de átomos (ou iões) no composto. Por exemplo, o dióxido de titânio (usado como pigmento em tinta branca e no tipo de protector solar espesso, branco, bloqueador) tem uma fórmula empírica de TiO₂. Isto identifica os elementos titânio (Ti) e oxigénio (O) como os constituintes do dióxido de titânio e indica a presença de duas vezes mais átomos do elemento oxigénio do que átomos do elemento titânio.

Em muitos casos, a fórmula molecular de uma substância é derivada de uma determinação experimental tanto da sua fórmula empírica como da sua massa molecular (a soma das massas atómicas para todos os átomos que compõem a molécula). Por exemplo, pode-se determinar experimentalmente que o benzeno contém dois elementos, carbono (C) e hidrogénio (H), e que para cada átomo de carbono no benzeno há um átomo de hidrogénio. Assim, a fórmula empírica é CH. Uma determinação experimental da massa molecular revela que uma molécula de benzeno contém seis átomos de carbono e seis átomos de hidrogénio, de modo que a fórmula molecular para o benzeno é C₆H₆.

Fórmula Estrutural

A fórmula estrutural de um composto dá a mesma informação que a sua fórmula molecular (os tipos e números de átomos na molécula), mas também mostra como os átomos estão ligados na molécula. Por outras palavras, a fórmula estrutural representa a estrutura molecular de um composto graficamente. Mostra o arranjo provável dos átomos e como os átomos estão ligados no espaço tridimensional real, dando mais informações sobre a geometria molecular. As linhas são usadas para representar as ligações presentes entre os átomos. A fórmula também pode representar os ângulos de ligação aproximados, dando uma sensação da forma da molécula. 

Este texto é adaptado de Openstax Chemistry 2e, Section 2.4: Chemical Formulas.

Os compostos químicos são substâncias constituídas por dois ou mais elementos de proporções específicas. Para descrever com precisão estes compostos químicos foram desenvolvidas fórmulas. A fórmula química disponibiliza informação sobre os elementos e o número de íons ou átomos envolvidos.

Os elementos são representados pelo seu símbolo químico, enquanto o número relativo de íons ou átomos é indicado com um número subscrito. Por exemplo, o açúcar ou sacarose é um composto que contém elementos de carbono, hidrogênio, e oxigênio-representados pelos seus símbolos C, H, e O.Os números doze, vinte e dois e onze indicam o número total de átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio presentes no composto. Em geral, os elementos não estão por ordem alfabética, mas começam com o que tem mais carga positiva, ou elementos metálicos, seguido do que tem mais carga negativa, ou menos elementos metálicos, como o hidróxido de potássio.

As fórmulas químicas estão divididas em moleculares, empíricas e estruturais. As fórmulas moleculares descrevem um composto através da indicação de cada elementos e do número exato de átomos presentes. A fórmula molecular da glicose é C_6H_12O_6, o que significa que a glicose é composta por seis átomos de carbono, doze átomos de hidrogênio e seis átomos de oxigênio.

A fórmula empírica apresenta a mais simples proporção de número inteiro de átomos dos elementos presentes. Na glucose, a mais simples proporção de átomos de carbono, hidrogénio e oxigénio é 1:2:1 originando a fórmula empírica de CH_2O. A fórmula molecular de um composto é também um número inteiro múltiplo da sua fórmula empírica.

Na glicose, a multiplicação da sua fórmula empírica com o número inteiro seis dá a sua fórmula molecular. Em contrapartida, a fórmula estrutural apresenta a relação entre os átomos individuais graficamente. Os símbolos químicos representam átomos, e as linhas curtas simbolizam as ligações químicas.

As linhas simples representam ligações simples enquanto que duas ou três linhas simbolizam ligações duplas e triplas, respetivamente. Modelos ampliados da fórmula estrutural tais como o desenho em perspectiva, o modelo ball-and-stick, ou o modelo de preenchimento de espaço, disponibilizam várias perspectivas tridimensionais sobre a forma molecular. De entre as três fórmulas químicas, a fórmula estrutural disponibiliza a maior parte das informações sobre o material químico, seguida da fórmula molecular.

A fórmula empírica é a menos informativa.