Fórmulas químicas y1t69

Fórmulas químicas são formas de representação da composição ou da estrutura de compostos químicos, independentemente da sua natureza. Graças a elas, podemos identificar os elementos presentes e as quantidades de cada um, bem como a natureza das ligações que são exercidas. 1b1u23

Podem ser diversas, como a fórmula molecular, a íon-fórmula, a fórmula mínima, a fórmula centesimal e as fórmulas estruturais. Cada fórmula traz uma informação diferente e, muitas vezes, deve ser usada em conjunto para uma verdadeira leitura do composto analisado.

Leia também: Quais são as fórmulas estruturais do carbono?

Resumo sobre fórmulas químicas 3w5j

• Fórmulas químicas são formas de representar os compostos químicos, seja com base na composição, seja com base na estrutura.
• Representam os mais diversos compostos presentes em Química, independentemente da sua natureza.
• As fórmulas químicas podem identificar elementos presentes, a quantidade de cada elemento, assim como a natureza das ligações realizadas.
• Dentre as fórmulas químicas, podemos citar a fórmula molecular, a íon-fórmula, a fórmula mínima, a fórmula centesimal e as fórmulas estruturais (convencional, condensada e bastão).

O que são fórmulas químicas? 543s5m

As fórmulas químicas são formas de representação da composição ou da estrutura da substância química, que pode ser iônica, covalente ou metálica. São úteis para identificar os elementos presentes, a quantidade relativa de cada um, assim como identificam as ligações que os elementos fazem entre si, podendo, ainda, trazer informações acerca da geometria e da disposição espacial.

Tipos de fórmulas químicas 1s6i57

Os principais tipos de fórmulas químicas utilizadas estão listados a seguir.

• Fórmula molecular 14s6z

Representa os constituintes de um composto covalente, bem como a quantidade relativa de cada um por unidade molecular. É o caso de H₂O (em que a molécula é feita de 2 átomos de hidrogênio e 1 átomo de oxigênio) e do H₃PO₄ (em que a molécula é feita de 3 átomos de hidrogênio, 1 átomo de fósforo e 4 átomos de oxigênio).

• Íon-fórmula (ou fórmula iônica) 274a5p

Mesma ideia da fórmula molecular, porém para compostos iônicos, ou seja, representa os constituintes de um composto iônico, bem como a quantidade relativa de cada um. É o caso de CaCl₂ (em que são necessários 2 ânions Cl⁻ para neutralizar o cátion Ca²⁺) e do KBr (em que é necessário 1 ânion Br⁻ para neutralizar o cátion K⁺).

Alguns compostos iônicos não são eletricamente neutros, como é o caso de PO₄³⁻, que indica que a unidade iônica é feita de 1 cátion P⁵⁺ e 4 ânions O²⁻, gerando uma carga total igual a -3, representada no canto superior direito.

• Fórmula mínima (ou empírica) 22g2h

Representa a fórmula molecular ou a íon-fórmula com os menores inteiros possíveis. Por exemplo, o ácido etanoico apresenta a fórmula molecular C₂H₄O₂, contudo todos seus índices podem ser representados pelo menor número possível caso eles sejam divididos por 2, chegando-se à fórmula CH₂O, a fórmula mínima do ácido etanoico.

Alguns autores já utilizam a íon-fórmula como uma fórmula mínima, embora outros prefiram fazer a distinção. É o caso do NaCl, cloreto de sódio. Ao se avaliar a estrutura cristalina desse composto iônico, percebe-se que cada cátion Na⁺ está envolto por 6 ânions Cl⁻, assim como cada ânion Cl⁻ está envolto por 6 cátions Na⁺, o que nos levaria a uma íon-fórmula Na₆Cl₆, com fórmula empírica NaCl.

A fórmula mínima também é muito usada para representar compostos metálicos, uma vez que a estrutura metálica é representada por uma infinidade de átomos. Portanto, para representar o ferro metálico, basta utilizar Fe. O mesmo ocorre para algumas ligas metálicas. Por exemplo, Cu₂Sn representa um tipo de bronze em que, para cada 2 átomos de cobre, existe 1 átomo de estanho.

• Fórmula centesimal 5a471r

Representa o percentual mássico de cada constituinte presente na fórmula. Embora possa ser usada para qualquer tipo de composto, a representação centesimal é mais comum para ligas metálicas. Por exemplo, o aço inoxidável 304 (um tipo de aço inox), tem a seguinte composição percentual: 0,07% de carbono, 17,50% de cromo, 2,00% de manganês, 1,00% de silício, 0,045% de fósforo, 0,015% de enxofre, 10,50% de níquel, 0,10% de nitrogênio e 68,77% de ferro.

A água, H₂O, por exemplo, tem 11,11% em massa de hidrogênio e 88,89% de oxigênio. Alguns autores, por exemplo, representam a água, em termos centesimais, como H_11,11%O_88,89%.

• Fórmula estrutural 205g55

Como o nome deixa a entender, a fórmula estrutural serve para representar a estrutura de uma molécula, explicitando as ligações que ocorrem entre os elementos. Assim, é muito útil para entender quais elementos estão se ligando, bem como a modalidade da ligação covalente. É muito usada para compostos orgânicos, embora também seja apresentada para compostos inorgânicos.

• Fórmula estrutural condensada y4y69

O grande número de átomos de hidrogênios em estruturas orgânicas acaba causando um pouco de poluição visual. Por conta disso, alguns autores optam por condensar a fórmula estrutural, deixando os átomos de hidrogênio colados aos átomos de carbono, representando sua quantidade de forma similar à fórmula molecular. Essa metodologia também pode se aplicar para outros átomos, como oxigênio e nitrogênio, dando mais destaque para os carbonos.

• Fórmula estrutural em bastão 23384i

É uma representação minimalista das estruturas orgânicas, em que os átomos de carbono e hidrogênio são omitidos, dando destaque para as ligações químicas (que são os bastões).

Veja também: Como identificar as ligações químicas?

Como calcular a fórmula química? 4o234r

As fórmulas químicas podem ser calculadas, com exceção das fórmulas estruturais. Por exemplo, a fórmula molecular ou a íon-fórmula podem ser utilizadas para calcular a fórmula mínima e a fórmula centesimal, e vice-versa. As fórmulas estruturais não podem ser calculadas, mas sim obtidas das fórmulas moleculares, e vice-versa. Vejamos alguns exemplos a seguir.

→ Fórmula mínima x fórmula molecular/íon-fórmula 2i3a

A fórmula mínima pode ser obtida diretamente da fórmula molecular ao se fazer uma breve análise. Por exemplo, a glicose tem fórmula molecular C₆H₁₂O₆, e, ao se avaliar tal fórmula molecular, percebe-se que ela não está com os menores inteiros possíveis, uma vez que todos os índices são divisíveis por 6. Por isso, a fórmula mínima da glicose é CH₂O.

Do contrário, deve-se saber a massa molar (ou molecular) do composto para se determinar a fórmula molecular a partir da fórmula mínima. Por exemplo, suponha que um composto, de fórmula mínima CH₂O, tenha massa molar igual a 180 g/mol. Ao se determinar a massa molar da fórmula mínima, tem-se que:

MM(CH₂O) = 12 + 2 ∙ 1 + 16 = 30 g/mol

Ao dividir-se a massa molar do composto pela massa molar da fórmula mínima, tem-se que:

180 / 30 = 6

Assim sendo, é possível concluir que a fórmula molecular é composta por 6 unidades de fórmula mínima, assim: 6 ∙ CH₂O, sendo então C₆H₁₂O₆.

Algumas vezes a fórmula mínima coincide com a fórmula molecular, como é o caso do composto K₂Cr₂O₇, em que não há um divisível em comum para todos os índices apresentados.

→ Fórmula centesimal x fórmula molecular/íon-fórmula 3l3l10

No caso da fórmula centesimal, o percentual corresponde à participação mássica de cada elemento na fórmula. Continuemos com a glicose, C₆H₁₂O₆, cuja massa molar é de 180 g/mol. Desses 180 gramas, 72 gramas são referentes ao carbono, 12 gramas são referentes ao hidrogênio e 96 gramas são referentes ao oxigênio. Assim, em termos percentuais, podemos dizer que a fórmula centesimal da glicose é:

C = 40,00%

H = 6,67%

O = 53,33%

Da mesma forma, podemos chegar à fórmula molecular por meio da composição centesimal. Contudo, caso o composto tenha uma fórmula mínima diferente da fórmula molecular, tal método alcançará, apenas, a fórmula mínima, uma vez que ela tem o mesmo percentual mássico da fórmula molecular.

• 1º o: dividir o percentual de cada elemento por sua massa molar:

C = 40,00/12 = 3,33

H = 6,67/1 = 6,67

O = 53,33/16 = 3,33

• 2º o: agora, dividir o valor obtido de cada elemento pelo menor valor obtido na etapa anterior, que, no caso, foi 3,33.

C = 3,33/3,33 = 1

H = 6,67/3,33 = 2

O = 3,33/3,33 = 1

Assim, a molécula em questão tem a proporção de 1 carbono para 2 hidrogênios e 1 oxigênio. Isso nos faz chegar à fórmula molecular CH₂O, a fórmula mínima da glicose. Para se chegar à fórmula mínima correta da glicose, é preciso saber a sua massa molar, que no caso é 180 g/mol. Com isso, como visto no item anterior, pode-se calcular o número de unidades de fórmula mínima necessárias para formar a fórmula molecular.

→ Fórmula estrutural x fórmula molecular 4t45o

No caso da fórmula estrutural, por vezes, a estrutura pode apresentar um número maior de probabilidades de montagem. Um exemplo clássico é o N₂O. Dessa forma, não se sabe se a estrutura de Lewis correta seria N=O=N, N≡N−O ou N=N=O, por exemplo.

Para se chegar a tal conclusão, usa-se o conceito de carga formal (CF), calculada pela seguinte expressão:

CF = (nº elétrons de valência) – (nº de elétrons não ligantes) – (0,5 ∙ nº de elétrons ligantes)

Quanto menor for a carga formal dos participantes da estrutura, mais estável é a estrutura.

No caso do N₂O, podemos determinar o número de elétrons de valência de nitrogênio e oxigênio pela distribuição eletrônica:

N → 1s² 2s² 2p³, ou seja, 5 elétrons de valência.

O → 1s² 2s² 2p⁴, ou seja, 6 elétrons de valência.

Com isso, temos as seguintes possibilidades:

Estrutura
Carga formal	N → 5 – 4 – (0,5 ∙ 4) = −1
	O → 6 – 0 – (0,5 ∙ 8) = +2

Estrutura
Carga formal	N (ponta) → 5 – 4 – (0,5 ∙ 4) = −1
	N (central) → 5 – 0 – (0,5 ∙ 8) = +1
	O → 6 – 4 – (0,5 ∙ 4) = 0

Estrutura
Carga formal	N (ponta) → 5 – 2 – (0,5 ∙ 6) = 0
	N (central) → 5 – 0 – (0,5 ∙ 8) = +1
	O → 6 – 6 – (0,5 ∙ 2) = −1

Com base nas cargas formais, as estruturas N=N=O e N≡N−O são as mais estáveis para o N₂O. Ambas são válidas para representar o composto e, no caso, ite-se que existe ressonância entre as duas (são equivalentes).

N=N=O ↔ N≡N−O

Tabela de fórmulas químicas 1tw3z

A tabela a seguir resume um mesmo composto com suas diferentes fórmulas químicas. Usaremos como exemplo a glicose.

Composto	Glicose
Fórmula molecular	C6H12O6
Fórmula mínima	CH2O
Fórmula centesimal	C40,00%H6,67%O53,33%
Fórmula estrutural
Fórmula estrutural condensada
Fórmula estrutural em bastão

Saiba mais: Geometria molecular — forma de representar o arranjo especial dos átomos em uma molécula

Exercícios resolvidos sobre fórmulas químicas 57706x

Questão 1. (Unifor Medicina/2024.1) O fármaco Y é um medicamento utilizado como anti-inflamatório e analgésico. A análise centesimal do referido fármaco revelou a seguinte composição: 60,0% de carbono; 4,5% de hidrogênio; e 35,5% de oxigênio.

Qual é a fórmula mínima do fármaco Y?

A) C₂H₂O

B) C₂H₂O₂

C) C₃H₂O₃

D) C₄H₈O

E) C₅H₄O₂

Resposta: Letra A.

Para chegarmos à fórmula mínima, dividimos os percentuais pelas respectivas massas molares.

C → 60/12 = 5

H → 4,5/1 = 4,5

O → 35,5/16 = 2,2

Agora, devemos dividir os valores obtidos pelo menor valor obtido, que, no caso, foi 2,2:

C → 5/2,2 = 2,3 ≈ 2

H → 4,5/2,2 = 2

O → 2,2/2,2 = 1

Por isso, a fórmula mínima para o composto é C₂H₂O.

Questão 2. (Unieva Medicina/2023.1) Os fenóis são compostos orgânicos com uma ou mais oxidrilas (OH) ligadas diretamente ao anel aromático. Alguns dos fenóis são encontrados na natureza, como o eugenol, vanilina, timol e outros. O eugenol é um óleo essencial, presente em diversas espécies vegetais, inclusive no cravo-da-índia e tem despertado o interesse das indústrias farmacêutica e odontológica devido a suas propriedades anti-inflamatória, antimicrobiana e neuroprotetora.

A composição centesimal do Eugenol é de 73,20% de Carbono (C), 7,32% de Hidrogênio (H) e 19,48% de Oxigênio (O), aproximadamente. A sua massa molecular é de 164 g.

Considerando o exposto, a quantidade de C, H e O (aproximadamente), encontrada, constitui a fórmula molecular do eugenol, que é

A) C₁₀H₁₂O₂.

B) C₁₂H₁₂O₃.

C) C₁₀H₁₄O.

D) C₁₂H₁₀O₂.

Resposta: Letra A.

Para se chegar à fórmula mínima, devemos dividir os percentuais pela massa molar de cada elemento presente:

C → 73,20/12 = 6,10

H → 7,32/1 = 7,32

O → 19,48/16 = 1,22

Agora, dividimos os valores obtidos pelo menor valor obtido, que no caso foi 1,22:

C → 6,10/1,22 = 5

H → 7,32/1,22 = 6

O → 1,22/1,22 = 1

Assim, a fórmula mínima do composto é C₅H₆O.

Contudo, para saber a fórmula molecular correta, devemos utilizar a massa molar do composto, que é 164 g/mol. É preciso ver quantas vezes a massa molar do composto verdadeiro é maior que a massa molar da fórmula mínima para saber quantas unidades de fórmula mínima estão no composto verdadeiro.

A massa molar da fórmula mínima é: 5 ∙ 12 + 6 ∙ 1 + 16, que é igual a 82 g/mol.

Ao se dividir 164 por 82, chega-se ao valor de 2; logo, o composto em questão tem 2 unidades de fórmula mínima, sendo então 2 ∙ C₅H₆O, que é C₁₀H₁₂O₂.

Fontes

ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Princípios de Química: questionando a vida e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018.

DO CANTO, E. L.; LEITE, L. L. C.; CANTO, L. C. Química – na abordagem do cotidiano. 1. ed. São Paulo: Moderna, 2021.

FRANCISCO, F. M.; DO CANTO, E. L. Química na abordagem do cotidiano. 5ª ed. vol. 1. São Paulo: Moderna, 2009.

REIS, M. Química: ensino médio. 2ª ed. vol. 1. São Paulo: Ática, 2016.

USBERCO, J.; SPITALERI, P.; SALVADOR, E. Química 1: conecte live. 3ª ed. vol. 1. São Paulo: Saraiva, 2018.