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Qué son las fórmulas químicas y para qué sirven

 
Por Javier Sánchez. 29 septiembre 2021
Qué son las fórmulas químicas y para qué sirven

Aunque no lo parezca, los elementos químicos de la tabla periódica se encuentran rodeándonos por todas partes. Sin embargo, muchas veces no se encuentran por separado, sino formando moléculas o macromoléculas de varios elementos químicos. Las formulas químicas son la expresión gráfica de estos compuestos y se usan con el fin de estandarizar su nomenclatura. En esta lección de unPROFESOR veremos qué son las fórmulas químicas y para qué sirven. ¡Acompáñanos para saber más!

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Qué son las formulas químicas

Las formulas químicas son una expresión gráfica de los elementos que forman los compuestos químicos.

Estas formulas químicas no son arbitrarias, sino que siguen unas estrictas reglas de nomenclatura química, establecidas por la IUPAC (Unión Internacional de química pura y aplicada, por sus siglas en inglés).

Las formulas químicas también nos aportan información sobre los elementos que forman una molécula, así por ejemplo nos dice el número y las proporciones respectivas de cada uno de los átomos que lo compone y, a veces, hasta el tipo de enlace químico que existe entre esos elementos.

A toda molécula o macromolécula que existe le corresponde su formula química, sin embargo existen distintos tipos de formulas. Cada uno de estos tipos nos da una información diferente de la molécula, pero todas nos sirven para entender su naturaleza química y nos ayuda a comprender lo que ocurre en las reacciones químicas y cómo un compuesto puede transformarse en otros.

Pero para poder entender esta nomenclatura química es necesario poseer ciertos conocimientos en química, pues obedecen a un lenguaje técnico bastante especializado.

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Imagen: Slideplayer

Partes de las fórmulas químicas

Las fórmulas químicas se representan mediante la unión de símbolos químicos, con la letra correspondiente de cada átomo como viene en la tabla periódica, y subíndices, que son números que representan la cantidad de esos átomos en la molécula

Dentro de la química (tanto orgánica como inorgánica) existen ciertos fragmentos o compuestos que muestran cierta recurrencia tanto estructural como funcional y que son identificados mediante nombres específicos. Cuando estos fragmento presentan electrones libres no compartidos se denominan radicales y se trata de compuestos inestables, altamente reactivos y de vida media corta.

Ejemplos de radicales son los grupos metilo CH3, grupos nitrato NO3, grupos hidroxilos OH- o el radical Cl-. Sin embargo, se conocen como grupos funcionales cuando son átomos o grupos de átomos unidos a una cadena carbonada (con varios carbono) y que son responsables de la reactividad y propiedades químicas de las moléculas.

Estos grupos son especialmente importante dentro de la química orgánica (las biomoléculas humanas son básicamente carbono e hidrógeno). Algunos ejemplos de grupos funcionales son el grupo carbonilo =C=O o el grupo carboxilo -COOH.

Qué son las fórmulas químicas y para qué sirven - Partes de las fórmulas químicas
Imagen: Monografías.com

Clases de fórmulas químicas

Como decíamos, existen varios tipos de fórmulas químicas. Cada una de estas fórmulas nos aporta un tipo de información distinta sobre las moléculas y, por tanto, sirve a un objetivo particular, sin que ninguna fórmula sea mejor o peor que otra en términos generales.

Las clases de fórmulas químicas que distinguimos son:

Fórmulas empíricas

Las fórmulas empíricas son las fórmulas más simples para representar una molécula química, diciéndose a veces que son fórmulas mínimas. En estas fórmulas se representa la proporción de los átomos de cada uno de los elementos en la molécula, que se simplifican a números enteros, siempre lo más pequeños. Un ejemplo de esta fórmula es el CH3 (grupo metilo), con tres átomos de hidrógenos y unos de carbono.

Sin embargo, estas fórmulas en ocasiones pueden dar ideas erróneas sobre la composición de la molécula. Esto ocurre cuando la fórmula no indica el número real de átomos de la molécula, como pasa con el peróxido de hidrógeno, cuya fórmula empírica es HO cuando la fórmula debería ser H2O2 (dos átomos de hidrógeno y dos de oxígeno). Esto pasa así por un convenio de nomenclatura, pues al ser ambos subíndices iguales, se simplifican.

Algunos compuestos, sin embargo, solo pueden representarse por fórmulas empíricas, ya que están constituidas por redes de iones. Esto ocurre por ejemplo en la sal común o cloruro de sodio, que se representa como NaCl, lo que nos indica que por cada sodio hay un cloro.

Fórmulas moleculares

Este tipo de fórmulas son bastante básicas, simplemente expresan el tipo de átomos y número de cada uno presentes en una molécula covalente. Son fórmulas que presenta de forma lineal los elementos químicos y el número (en forma de subíndice. Un ejemplo de este tipo de fórmula es cuando se nombra a la glucosa como C6H12O6, que expresa que la molécula de glucosa está formada por seis átomos de carbono, doce átomos de hidrógeno y seis de oxígeno.

Las fórmulas moleculares son muy utilizadas, diciéndose a veces que son las verdaderas fórmulas de las moléculas. En muchos casos, coinciden con las fórmulas empíricas, por ejemplo en el CO2.

Fórmulas semidesarrolladas

Las fórmulas semidesarrolladas son un tipo de fórmulas similares a las fórmulas moleculares, ya que también expresa los átomos que integran la molécula y su número, pero además aportan información sobre los enlaces químicos (representados por líneas entre átomos) y el tipo de enlace entre los átomos de carbono que lo forman (si son simples, dobles o triples). La fórmula semidesarrollada tiene utilidad para identificar los radicales que forman la molécula y su estructura química (los enlaces entre los átomos de carbono e hidrógeno no se representan).

En el caso de la glucosa, su fórmula semidesarrollada es CH2OH - CHOH – CHOH – CHOH -CHOH – CHO y como puede verse los átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno son los mismos que en la fórmula molecular (seis, doce y seis, respectivamente) y todos enlaces simples (la glucosa solo posee enlaces simples). Esta fórmula es, por tanto, una fórmula más compleja que la fórmula molecular.

Las fórmulas semidesarrolladas en ocasiones se les denominan condensadas y son quizás la clase de fórmulas más usadas, sobre todo en química orgánica, a pesar de que no permiten observar la geometría real de las moléculas.

Fórmula desarrollada

Las fórmulas desarrolladas son un poco más complejas que las semidesarrolladas. En este tipo de fórmulas se representa en un plano cartesiano el enlace y la localización de cada átomo en la molécula, hasta representar el compuesto al completo.

Fórmula estructural

La fórmula estructural es una representación gráfica de la estructura de la molécula en el espacio, brindándonos información sobre la orden y distribución de los átomos en el espacio. En esta fórmula, se muestran también cómo son los enlaces químicos que forman la molécula y si son simples, dobles o triples. Esta fórmula es, por tanto, la que más información nos da de la molécula.

Este tipo de fórmulas son más usadas a nivel profesional dentro del mundo de la química, ya que permiten ver de forma mucho más clara las reacciones químicas o de síntesis de nuevas moléculas.

Fórmulas de Lewis

Estas son fórmulas complejas, muy específicas y de uso técnico. Se conocen también como diagramas o estructuras de Lewis y son similares a las fórmulas desarrolladas de las moléculas, pero además se indican los electrones que comparten los átomos en cada enlace químico, que varían con la valencia de los átomos implicados.

En estas fórmulas, los enlaces entre átomos se representan mediante líneas (indicándose también si son simples, dobles o triples) o con un par de puntos. Los electrones solitarios o que no se comparten en el enlace, se representan mediante puntos alrededor del átomo al que corresponde.

Qué son las fórmulas químicas y para qué sirven - Clases de fórmulas químicas
Imagen: Química orgánica

Los números de oxidación

Al escribir las fórmulas en ocasiones se hace referencia al número de oxidación del elemento (es frecuente en compuestos iónicos). Estos son un conjunto de números positivos y negativos que van asociados a cada elemento.

  • Los números de oxidación se pueden interpretar como el número de electrones que un elemento comparte en un enlace covalente o transfiere en un enlace iónico.
  • Cuando el signo de oxidación encima del átomo es negativo, significa que este elemento capta electrones y el número que lo acompaña a su lado es la cantidad de electrones captados. Por tanto, un estado de oxidación de -1 significa que el elemento capta un electrón, -2 que capta dos, y así sucesivamente.
  • Cuando el signo de oxidación es positivo, el átomo cede un electrón y el número que acompaña a este signo es la cantidad de electrones cedidos. Análogamente, un estado de oxidación de +1 significa que cede un electrón, + 2 que cede dos, y así sucesivamente.

Esto funciona sobre todo para compuestos iónicos, en enlaces covalentes, aunque la interpretación es similar, no es la misma ya que estos enlaces comparten electrones. En estos compuestos, se habla de elementos más electronegativos, que tiran más del par electrónico y quedan con una carga más negativa, en función del número de electrones que atraiga. Esto puede verse en las fórmulas de Lewis.

Para qué sirven las fórmulas químicas

Si quieres saber para qué sirven las fórmulas químicas tienes que tener en cuenta que este número nos permite obtener alguna información de las moléculas, como son:

  • La clase de enlace que se forman entre los átomos de la molécula o compuesto. Estos enlaces son normalmente covalentes cuando en él participan átomos no metálicos e iónicos si se trata de enlaces metálicos y no metálicos.
  • La masa molecular de la molécula.
  • El número de átomos de cada elemento que compone la molécula. A veces se llama composición centesimal de la molécula.
  • La masa expresada en gramos que tendría un mol de esa molécula.

En el caso de un compuesto iónico, por ejemplo el cloruro de sodio o sal común, no es estrictamente correcto hablar de moléculas (aunque a veces se haga), que que estos acostumbran a formar grandes agregados y macromoleculas. En este caso, la fórmula del compuesto nos sirve para ver que iones lo forman y en que cantidad.

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