Determinación de la fórmula empírica y molecular

En este punto determinaremos la fórmula de un compuesto químico a partir de su composición centesimal obtenida experimentalmente.  Veamos un ejemplo

La composición centesimal del succinato de metilo es 62,58% de C; 9,63% de H y 27,79% de O.   Su masa molecular es de 230 uma.  Determinar la fórmula empírica y molecular.

  • En 100 g de succinato de metilo tenemos: 62,58 g de C; 9,63 g de H y 27,7 g de O
  • Conversión de las masas de los elementos a moles

$$62,58\;g\;C\cdot\frac{1\;mol\;C}{12,011\;g\;C}=5,210\;mol\;C$$

$$9,63\;g\;H\cdot\frac{1\;mol\;H}{1,008\;g\;H}=9,55\;mol\;H$$

$$27,97\;g\;O\cdot\frac{1\;mol\;O}{15,999\;g\;O}=1,757\;mol\;O$$

  • Dividir los moles obtenidos por el valor más bajo

C: 5,210/1,757 = 2,99 ;  

H: 9,55/1,757 = 5,49;

O: 1,757/1,757 = 1;

  • Multiplicar todos los valores por un número pequeño que los convierta en enteros, en este caso x2.

2,99 x 2 = 6 átomos de C;

5,49 x 2 = 11 átomos de H;

1 x 2 = 2 átomos de O;

  • Escribir la fórmula empírica: C6H11O2
  • Cálculo de "n" para obtener la fórmula molecular (C6H11O2)n

$$n=\frac{12,011\cdot 6+ 1,008\cdot 11 + 15,999\cdot 2}{230}=2$$

El cálculo de "n" se realiza por cociente entre la masa de la fórmula empírica y la molecular

  • Formula molecular: C12H22O4

Comentarios

El método arriba descrito para obtener la fórmula empírica se basa en dos cuestiones muy sencillas.

  1. La fórmula empírica representa la proporción entre las cantidades de átomos de cada elemento presentes en la molécula.
  2. Como el número de átomos es proporcional a la cantidad de átomos-gramo de un elemento dado, la proporción entre números de átomos de dos elementos será la misma que entre las cantidades de átomos-gramo de los mismos elementos.

Estas dos cuestiones justifican, por tanto, el paso en que dividimos el número de átomos-gramo de cada elemento por el valor más bajo de los que se tenga. Es decir, el punto tercero del método descrito.

El punto sexto, es decir, el cálculo de "n" se basa en lo siguiente...

Dada una fórmula molecular cualquiera, por ejemplo AxByCz, la fórmula empírica se obtiene simplificando (si es posible) los subíndices {x, y, z} dividiéndolos por su máximo común divisor. Sea n dicho m.c.d. Entonces se tiene que:

AxByCz = Ax'·nBy'·nCz'·n = (Ax'By'Cz')n

Por lo tanto, si M es la masa molecular y MFE es la masa de la fórmula empírica, queda claro que:

M = n · MFE

que es lo que se ha usado en el punto sexto del método descrito arriba para calcular n. Este número (n) es el número de veces que se encuentra repetida la fórmula empírica dentro de la molecular.