Como Encontrar as Fórmulas Químicas

1. Introdução

Existem várias formas de se representar um mesmo composto. Costumamos representá-las por meio de fórmulas químicas. 

Fórmulas químicas são como "códigos" padronizados que os cientistas usam para identificar um composto sem precisar vê-lo verdadeiramente. 

Esses códigos seguem regras, reguladas internacionalmente pela IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada). 

Antigamente, você só conseguia analisar uma substância por meio da balança. 

Sendo assim, os cientistas determinavam a composição de um composto medindo a massa de cada um de seus elementos. 

De todas as maneiras de se representar uma fórmula química, vamos aprender três: fórmula molecular, fórmula mínima e fórmula centesimal.

2. Tipos de Fórmulas

1️⃣ Fórmula Molecular

A fórmula molecular indica o número exato de átomos de cada elemento em uma molécula.

É a representação mais específica de um composto e é a que você mais vai escrever na sua vida. 

Exemplos:

• Dióxido de enxofre (SO₂) → Cada molécula contém 1 átomo de enxofre e 2 átomos de oxigênio.
• Ácido sulfúrico (H₂SO₄) → Cada molécula contém 2 átomos de hidrogênio, 1 de enxofre e 4 de oxigênio.
• Glicose (C₆H₁₂O₆) → Indica que há 6 átomos de carbono, 12 de hidrogênio e 6 de oxigênio em cada molécula.

2️⃣ Fórmula Mínima (ou Empírica)

A fórmula mínima (ou empírica) representa a menor proporção entre os átomos de cada elemento em um composto.

Para obtê-la, basta simplificar os índices da fórmula molecular pelos menores números inteiros possíveis.

Exemplos:

• Glicose (C₆H₁₂O₆) → Fórmula mínima: CH₂O (proporção de 1:2:1).
• Benzeno (C₆H₆) → Fórmula mínima: CH (proporção de 1:1).
• Ácido sulfúrico (H₂SO₄) → Fórmula mínima: H₂SO₄ (igual à molecular, pois os índices já estão na menor proporção).

3️⃣ Fórmula Centesimal (ou Percentual)

A fórmula centesimal expressa a composição percentual em massa de cada elemento em uma substância.

Para calculá-la, basta determinar a massa de cada elemento na fórmula molecular e calcular sua fração em relação à massa total do composto.

Exemplo: Para o ácido sulfúrico (H₂SO₄):

• Massa molar: (2×1) + (1×32) + (4×16) = 98 g/mol.
• Percentual de H: (2×1) / 98 × 100 = 2,04%
• Percentual de S: (1×32) / 98 × 100 = 32,65%
• Percentual de O: (4×16) / 98 × 100 = 65,31%

Isso significa que, para cada 100 g de H₂SO₄, teremos aproximadamente 2,04 g de H, 32,65 g de S e 65,31 g de O.

A escrita se torna H₂,₀₄S₃₂,₆₅O₆₅,₃₁

3. Conversão Entre as Fórmulas

Agora que entendemos os diferentes tipos de fórmulas, vamos aprender como converter entre elas.

1️⃣ Da Fórmula Molecular para a Fórmula Mínima

A maioria das fórmulas moleculares coincidem com a fórmula mínima.

Quando elas não coincidem, seu papel é escolher o menor divisor comum (MDC) entre os números e dividir todos os índices pelo MDC.

Vamos pegar algum exemplo e simplificar os índices pelo MDC. 

Exemplo:

C₄H₈O₄ → Todos os índices são divisíveis por 4. Fórmula mínima: CH₂O.

Peróxido de benzoíla (C₁₄H₁₀O₄) → Todos os índices são divisíveis por 2. Fórmula mínima: C₇H₅O₂.

Se os índices não forem divisíveis por um mesmo número inteiro, a fórmula mínima será a mesma que a molecular.

2️⃣ Da Fórmula Molecular para a Fórmula Centesimal

Essa é uma transformação que não acontece muito, mas vamos lá. Para obter a fórmula centesimal, seguimos os passos:

1. Determinar a massa molar do composto.
2. Calcular a fração de massa de cada elemento.
3. Multiplicar por 100 para obter a porcentagem.

Exemplo para C₂H₆O (etanol):

• Massa molar: (2×12) + (6×1) + (1×16) = 46 g/mol.
• % de C: (2×12) / 46 × 100 = 52,17%
• % de H: (6×1) / 46 × 100 = 13,04%
• % de O: (1×16) / 46 × 100 = 34,79%

Fórmula centesimal então é: C₅₂,₁₇H₁₃,₀₄O₃₄,₇₉.

3️⃣ Da Fórmula Centesimal para a Fórmula Mínima

Essa transformação acontece demais, principalmente na Química Orgânica.

Aqui, você faz o contrário: transforma o percentual para número de mols. Vamos aos passos:

1. Converter os percentuais em gramas (considerando 100 g de amostra).
2. Dividir os valores pela massa molar de cada elemento para obter a quantidade de mols.
3. Dividir todos os valores pelo menor número obtido.
4. Se necessário, multiplicar por um fator para obter índices inteiros.

Exemplo 1: Para um composto com 40,0% C, 6,7% H e 53,3% O:

• C: 40,0 g / 12 g/mol = 3,33 mol
• H: 6,7 g / 1 g/mol = 6,7 mol
• O: 53,3 g / 16 g/mol = 3,33 mol

Dividindo tudo pelo menor valor (3,33):

• C: 1
• H: 2
• O: 1

Fórmula mínima: CH₂O.

Exemplo 2: Para um composto com 60% C, 13,33% H e 26,67% O:

• C: 60 / 12 = 5
• H: 13,33 / 1 = 13,33
• O: 26,67 / 16 = 1,67

Dividindo tudo pelo menor valor (1.67):

• C: 5 / 1,67 = 3
• H: 13,33 / 1,67 = 8
• O: 1,67 / 1,67 = 1

Fórmula mínima: C₃H₈O.

4️⃣ Da Fórmula Mínima para a Fórmula Molecular

Se tivermos a massa molar do composto, podemos determinar a fórmula molecular multiplicando a mínima por um fator.

Exemplo:

Se a fórmula mínima de um composto é CH₂O e sua massa molar é 180 g/mol:

Massa molar da mínima: (12 + 2 + 16) = 30 g/mol.

Fator de multiplicação: 180 / 30 = 6.

Fórmula molecular: C₆H₁₂O₆.

Perceba que você pode fazer uma regra de três direta, ao invés de encontrar o fator de multiplicação.

Eu sei que é a mesma coisa, mas existem pessoas que entendem melhor pela regra de três, então vamos lá:

Se 30 g/mol estão para 1 CH₂O, então 180 g/mol estarão para 6 CH₂O = C₆H₁₂O₆.

Conclusão

As fórmulas químicas são ferramentas essenciais para entender a composição das substâncias.

Elas podem ser expressas de diferentes formas (molecular, mínima e centesimal), e a conversão entre elas permite compreender melhor a proporção e a quantidade de cada elemento em um composto.

O domínio desses cálculos é fundamental para diversas aplicações na Química, como análise laboratorial e estudos sobre reações químicas.