Chapter 3: Molecules, Compounds, and Chemical Equations

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3.2:

Formule chimiche

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Chemistry

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Chemical Formulas

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I composti chimici sono sostanze composte da due o più elementi in proporzioni specifiche. Per descrivere accuratamente questi composti sono state sviluppate formule chimiche. La formula chimica fornisce informazioni sugli elementi e sul numero di ioni o atomi coinvolti.Gli elementi sono rappresentati dal loro simbolo chimico, mentre il numero relativo di ioni o di atomi è indicato con un numero al pedice. Per esempio, lo zucchero da tavola, o saccarosio, é un composto contenente carbonio, idrogeno e ossigeno, rappresentati utilizzando i simboli C, H e O.I numeri dodici, ventidue e undici indicano il numero totale di atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno presenti all’interno del composto. In generale, gli elementi non sono elencati in ordine alfabetico, ma piuttosto iniziano con gli elementi carichi più positivamente, o metallici, seguiti dagli elementi carichi più negativamente, o meno metallici, come l’idrossido di potassio.Le formule chimiche sono classificate come molecolari, empiriche e strutturali. Le formule molecolari descrivono un composto elencando ogni elemento e il numero esatto di atomi presenti. La formula molecolare del glucosio è C_6H_12O_6, il che significa che il glucosio è composto da sei atomi di carbonio, dodici di idrogeno e sei di ossigeno.La formula empirica mostra il più semplice rapporto fra gli atomi degli elementi presenti. Nel glucosio, il rapporto più semplice tra atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno è 1:2:1, conferendoglii la formula empirica CH_2O. La formula molecolare di un composto è anche un multiplo intero della sua formula empirica.Nel glucosio, moltiplicando la formula empirica per il numero intero sei ne risulta la sua formula molecolare. Al contrario, la formula strutturale presenta graficamente la relazione fra i singoli atomi. I simboli chimici rappresentano gli atomi, e le linee brevi indicano i legami chimici.Le singole linee rappresentano i singoli legami mentre due e tre linee caratterizzano, rispettivamente, i doppi e i tripli legami. I modelli estesi della formula strutturale, come il disegno prospettico, il modello asta e sfera o il modello di riempimento dello spazio, forniscono varie prospettive tridimensionali sulla forma molecolare. Fra le tre formule chimiche, una formula strutturale fornisce la maggior parte delle informazioni sul materiale chimico, seguita dalla formula molecolare.La formula empirica è la meno informativa.

3.2:

Formule chimiche

Una formula chimica presenta informazioni sulle proporzioni degli atomi che costituiscono un particolare composto chimico o molecola, utilizzando principalmente simboli di elementi e numeri. A volte vengono utilizzati anche altri simboli, come trattini, parentesi, parentesi quadre, virgole, segni più e meno. Una formula chimica può essere uno dei tre tipi: molecolare, empirica e strutturale.

Formula molecolare

La formula molecolare rappresenta una molecola o un composto chimico usando simboli chimici (per indicare i tipi di atomi) e numeri di pedice (per mostrare il numero di atomi di ogni tipo nella molecola). Le formule molecolari sono anche usate come abbreviazioni per i nomi dei composti.

Alcuni elementi sono costituiti da atomi singoli discreti, come i gas nobili elio, neon e argon. Tali elementi sono chiamati gas monatomici e hanno formule molecolari Rispettivamente He, Ne e Ar. Esistono pochi elementi come molecole fatte di due o più atomi chimicamente legati dello stesso elemento. Ad esempio, elementi come idrogeno, ossigeno e azoto esistono come molecole biatomiche contenenti due atomi ciascuno e quindi hanno rispettivamente le formule molecolari H₂, O₂e N_2. Allo stesso modo, elementi come fosforo e zolfo esistono come molecole poliatomiche con formule molecolari P₄ e S₈, rispettivamente.

È importante notare che un pedice che segue un simbolo e un numero davanti a un simbolo non rappresenta la stessa cosa; ad esempio, H₂ e 2H rappresentano specie distintamente diverse. H_{2 è} una formula molecolare; rappresenta una molecola biatomica di idrogeno, costituita da due atomi dell’elemento che sono chimicamente legati insieme. L’espressione 2H, d’altra parte, indica due atomi di idrogeno separati che non sono combinati come unità. L’espressione 2H₂ rappresenta due molecole di idrogeno biatomico.

Formula empirica

I composti si formano quando due o più elementi si combinano chimicamente, con conseguente formazione di legami. Ad esempio, idrogeno e ossigeno possono reagire per formare acqua, e sodio e cloro possono reagire formando cloruro di sodio o sale da tavola. A volte descriviamo la composizione di questi composti con una formula empirica, che indica i tipi di atomi presenti e il più semplice rapporto numero intero del numero di atomi (o ioni) nel composto. Ad esempio, il biossido di titanio (usato come pigmento nella vernice bianca e nel tipo di protezione solare spessa, bianca e bloccante) ha una formula empirica di TiO₂. Questo identifica gli elementi titanio (Ti) e ossigeno (O) come costituenti del biossido di titanio e indica la presenza del doppio degli atomi dell’elemento ossigeno rispetto agli atomi dell’elemento titanio.

In molti casi, la formula molecolare di una sostanza deriva da una determinazione sperimentale sia della sua formula empirica che della sua massa molecolare (la somma delle masse atomiche per tutti gli atomi che compongono la molecola). Ad esempio, si può determinare sperimentalmente che il benzene contiene due elementi, carbonio (C) e idrogeno (H), e che per ogni atomo di carbonio nel benzene, c’è un atomo di idrogeno. Quindi, la formula empirica è CH. Una determinazione sperimentale della massa molecolare rivela che una molecola di benzene contiene sei atomi di carbonio e sei atomi di idrogeno, quindi la formula molecolare per il benzene è C₆H₆.

Formula strutturale

La formula strutturale per un composto fornisce le stesse informazioni della sua formula molecolare (i tipi e i numeri di atomi nella molecola) ma mostra anche come gli atomi sono collegati nella molecola. In altre parole, la formula strutturale rappresenta graficamente la struttura molecolare di un composto. Mostra la probabile disposizione degli atomi e come gli atomi sono collegati nello spazio tridimensionale reale, dando maggiori informazioni sulla geometria molecolare. Le linee sono usate per rappresentare i legami presenti tra gli atomi. La formula può anche rappresentare gli angoli di legame approssimativi, dando un senso della forma della molecola.

Questo testo è adattato da Openstax Chemistry 2e, Sezione 2.4: Formule chimiche.