En química , la fórmula bruta es la escritura más compacta que describe un compuesto químico o un cuerpo simple . Fórmulas brutas, por ejemplo C 2 H 6 Opara el etanol , se utilizan en ecuaciones químicas para describir reacciones químicas . Las notaciones intermedias entre las fórmulas crudas y semielaboradas permiten una mayor legibilidad sin dejar de ser compactas, como en el caso del etanol, la escritura C 2 H 5 OH. Mucha otra información además de la estequiometría de los elementos puede estar presente en una fórmula cruda ( número de oxidación , marcaje isotópico o información estructural parcial en particular) y se maneja mediante reglas emitidas por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC).
Este artículo limita la noción de fórmula bruta a todas las representaciones de fórmulas químicas escritas en línea y que no muestran ningún vínculo químico . La presencia de enlaces químicos en una fórmula se cubre en los artículos estructural Plane fórmula , Structural fórmula y representación de moléculas .
La redacción de fórmulas toscas, en sustitución de los escritos alquímicos vigentes desde la Edad Media , resulta de una sucesión de varias etapas.
La primera etapa en la escritura moderna de fórmulas crudas es el descubrimiento de elementos químicos por Antoine Lavoisier . Este químico francés, al demostrar que todos los cuerpos están hechos de elementos o principios , allanó el camino para una nueva forma de pensar sobre la materia.
La segunda etapa fue el establecimiento de una nueva nomenclatura para la química. Los primeros químicos en comprender la importancia de esta nueva forma de pensar sobre los cuerpos químicos fueron Joseph Black en 1784, Claude Louis Berthollet en 1785, Louis-Bernard Guyton-Morveau y Antoine-François Fourcroy en 1786 y 1787. Con estos tres últimos, Lavoisier desarrolló una nueva nomenclatura química en 1787, el Método de la nomenclatura química . Los nombres antiguos fueron reemplazados por un nombre utilizando los elementos químicos (por ejemplo verdín convirtieron carbonato de cobre , p.141 ibid) o radicales involucradas ( nitrato , sulfato , citrato ) a sí mismos a partir de elementos químicos (por ejemplo, vitriolo arcilla se convirtió en alúmina sulfato, ibíd p.142).
La tercera etapa es la transición de la nomenclatura a los símbolos químicos como los conocemos, H, C, O, etc. Se debe al primer analista químico Jöns Jacob Berzelius en 1813 . Las fórmulas crudas, o fórmulas empíricas, difieren de las que se usan solo por el hecho de que los números que escribimos en el índice fueron escritos por este químico sueco por exponente (CO 2 en lugar de CO 2).
La redacción de fórmulas químicas ahora es administrada por la IUPAC en su publicación Nomenclature of Inorganic Chemistry (apodado Libro Rojo ). Se distinguen fórmulas empíricas, fórmulas moleculares, fórmulas estructurales y fórmulas de adición (ver más abajo). También se especifica el orden en que se escriben los elementos químicos.
Los diferentes tipos de fórmulas son útiles para completar la representación de especies químicas más allá de la composición general. El cuerpo de azufre simple, por ejemplo, de fórmula empírica S, consta de moléculas que agrupan 8 átomos, que se especifica mediante la fórmula molecular S 8. Fórmulas estructurales, como Ca 3 (PO 4 ) 2para el fosfato de calcio , indique cómo se organizan los átomos dentro de la especie química, a diferencia de la fórmula bruta (Ca 3 P 2 O 8 en este ejemplo).
La fórmula empírica de un cuerpo está formada por la yuxtaposición de símbolos atómicos con los índices apropiados (números enteros) que permiten la escritura más simple de la fórmula que da la composición química. El orden de aparición de los símbolos es alfabético , excepto en el caso de compuestos que contienen carbono , para los que C y H se citan en primer y segundo lugar, respectivamente.
Estructura del peróxido de hidrógeno, fórmula molecular H 2 O 2 y fórmula empírica OH
Diferentes representaciones de benceno de fórmula bruta C 6 H 6 : fórmula estructural; dos fórmulas topológicas; modelo molecular compacto
Fórmula estructural de ozono, fórmula estructural O 3
Los sólidos iónicos no contienen moléculas distintas, pero los iones interactúan electrostáticamente con muchos vecinos. Sus fórmulas crudas están bien descritas por fórmulas empíricas. Para todos estos compuestos, la fórmula química simplemente refleja las proporciones de átomos en el compuesto. El catión se coloca primero seguido por el anión . Ejemplo: Na y Cl dan NaCl.
Ejemplos:
Para los compuestos moleculares, que son sustancias formadas por moléculas separadas entre sí, las fórmulas moleculares, a diferencia de las fórmulas empíricas definidas anteriormente, dan la composición real de la molécula. Este es el caso de la mayoría de los compuestos que se encuentran en la química orgánica y muchos compuestos inorgánicos . Esta fórmula también se puede utilizar para polímeros , pero especificando con un índice n que el número de unidades es variable de una molécula a otra.
La fórmula molecular da el número de átomos que componen una molécula . No proporciona información sobre la disposición de los átomos que lo constituyen. Por tanto, una fórmula bruta puede corresponder a varias moléculas diferentes en el caso de isómeros .
Los átomos que componen la molécula se indican mediante sus símbolos químicos . Su número se especifica como un índice de cada símbolo. El orden recomendado es el orden alfabético de los símbolos con una excepción: el carbono y el hidrógeno en los productos orgánicos siempre se enumeran primero y en ese orden, luego seguidos por los otros átomos en orden alfabético.
El propano consta de tres átomos de carbono (marcados con C) y ocho átomos de hidrógeno (indicados como H), tiene la siguiente fórmula empírica: C 3 H 8.
Los siguientes ejemplos muestran la diferencia entre la fórmula molecular y la fórmula empírica.
La fórmula empírica del etileno es CH 2.
La fórmula empírica del butano es C 2 H 5.
Compuestos inorgánicosLa fórmula empírica del oxígeno es O 2.
La fórmula empírica del calomelano es HgCl.
Fórmula estructural del dímero de NO 2, tetróxido de dinitrógeno de fórmula bruta N 2 O 4.
Modelo molecular de ferroceno, un compuesto inorgánico con la fórmula molecular (C 5 H 5 ) 2 Fe.
La fórmula estructural proporciona información parcial o completa sobre cómo los átomos de una molécula están conectados y ordenados en el espacio. En casos simples, una fórmula en línea que es solo una secuencia de símbolos atómicos (por lo tanto, una fórmula cruda) brinda información estructural que permite al lector decodificar información estructural.
Por ejemplo, peróxido de hidrógeno con la fórmula molecular H 2 O 2 se puede escribir con la fórmula estructural HOOH, que indica la cadena de átomos: HOOH.
Tan pronto como la estructura del compuesto sea más compleja, será necesario introducir paréntesis para evitar cualquier ambigüedad. IUPAC recomienda siete reglas de escritura, por ejemplo:
Complejo de rodio que posee ligandos puente (prefijado µ) de la fórmula empírica [{Rh (µ-Cl) (CO) 2 } 2 ]
Deben aplicarse varias reglas de acuerdo con las clases de fórmulas. Por ejemplo, el orden de escritura de los elementos químicos no sigue las mismas reglas para compuestos binarios o compuestos con un átomo central .
Dos principios gestionan el orden de aparición de los elementos en una fórmula en bruto:
(En el caso de la misma primera letra, el orden es como en el ejemplo B, Ba, Be.)
Para este último, es una electronegatividad en el sentido de la tabla siguiente, y no en el sentido de Mulliken , Pauling , etc.
Elementos para citar primero | Rn | Xe | Kr | Arkansas | Nació | Oye |
---|---|---|---|---|---|---|
Elemento para citar a continuación | P. | Cs | Rb | K | N / A | Li |
etc. | Real academia de bellas artes | Licenciado en Letras | Sr | Eso | Mg | Ser |
Lr → Ac | Lu → La | Y | Carolina del Sur | |||
Rf | Hf | Zr | Ti | |||
Db | Tu | Nótese bien | V | |||
Sg | W | Mes | Cr | |||
Bh | Re | Tc | Minnesota | |||
Hs | Hueso | Ru | Fe | |||
Monte | Ir | Rh | Co | |||
Ds | Pt | Pd | O | |||
Rg | A | Ag | Cu | |||
Hg | CD | Zn | ||||
Tl | En | Georgia | Alabama | B | ||
Pb | Sn | Ge | sí | VS | ||
Tenga en cuenta la posición de H | Bi | Sb | As | PAG | NO | H |
Correos | Tú | Se | S | O | ||
A | I | Br | Cl | F |
Para un compuesto binario , el orden es el de la electronegatividad dentro del significado de la tabla anterior. Entonces tienes que escribir:
Los compuestos de coordinación o los compuestos del átomo central se escriben comenzando con el átomo central que monitorea los ligandos alfabéticamente por el símbolo o abreviatura del ligando. Por ejemplo :
Tenga en cuenta que en este último ejemplo, cambiar la fórmula del ligando de etilendiamina por su abreviatura cambia el orden de aparición de los ligandos en la fórmula.
Los compuestos cuyos átomos forman una cadena se escriben en el orden (químico) de la cadena. Por ejemplo :
Las sales deben tener la fórmula o el símbolo del catión escrito antes que el del anión . Si hay varios cationes, el orden de precedencia es alfabético, lo mismo para los aniones. Por ejemplo :
La IUPAC no especifica el uso de paréntesis y corchetes.
Bajo este nombre, IUPAC agrupa sales dobles , hidratos , etc. El agua siempre se escribe al final y las diferentes sales deben escribirse en cantidad creciente y en números iguales en orden alfabético. Las diferentes entidades están separadas por un punto [en la nomenclatura inglesa al menos]. Entonces, si dos sales SEL1 y SEL2 están asociadas, escriba (SEL2) (SEL1) 3y no (SEL1) 3 (SEL2). Por ejemplo :
La modificación isotópica se indica en las fórmulas. Son posibles tres casos: el caso del átomo, el de un compuesto marcado específicamente o el de un compuesto marcado selectivamente.
La masa de un nucleido se escribe en superíndice antes del símbolo correspondiente. Por ejemplo, 2 H, 35 Cl.
Un compuesto se marca específicamente cuando se añade formalmente un único compuesto isotópicamente sustituido al compuesto análogo sin modificar. [...] El isótopo se indica entre paréntesis, posiblemente con un índice de multiplicación. Este es el caso si el 20% de CDCl 3 está presente en el CHCl 3 ordinario. Por ejemplo
Un compuesto marcado de forma selectiva puede verse como una mezcla de compuestos marcados específicamente. Se representa anteponiendo a la fórmula el símbolo del nucleido sin un índice de multiplicación entre paréntesis. Por ejemplo :
Algunos marcadores proporcionan información sobre el número de oxidación , la estereoquímica , etc.
El número de oxidación de un elemento en una fórmula se puede indicar mediante un exponente, a la derecha del símbolo, en números romanos (excepto el número de oxidación cero indicado por 0). Si el mismo elemento tiene múltiples números de oxidación en la misma fórmula, se repite, cada uno con su número de oxidación. Por ejemplo :
Un radical es un átomo o una molécula con uno o más electrones desapareados. Puede que se cargue o no. Los electrones no apareados se indican en la fórmula con un exponente.
Ejemplos:
Puede indicarse un signo de rotación óptica . Se coloca entre paréntesis y la longitud de onda en nm también se puede indicar como un subíndice a la derecha. Esta información opcional se coloca antes de la fórmula.
Ejemplo:
Los estados electrónicos excitados se indican con un asterisco en superíndice a la derecha. Ejemplo NO *
Los descriptores estructurales ( cis , trans , etc.) pueden estar presentes en las fórmulas en bruto. Estos descriptores suelen ser prefijos en cursiva, separados de la fórmula por un guión. El símbolo µ se utiliza para indicar un átomo puente . Ejemplos:
Esta última fórmula indica que dos complejos Cr (NH 3 ) 5 están unidos por un ligando HO (por el átomo de O).
Cis-platino, complejo plano-cuadrado de platino con la fórmula estructural cis - [PtCl 2 (NH 3 ) 2 ]
Complejo octaédrico de platino de fórmula estructural trans - [PtCl 4 (NH 3 ) 2 ]
Complejo dinuclear de cromo con un ligando de hidróxido puente de fórmula estructural [(H 3 N) 5 Cr (µ-OH) Cr (NH 3 ) 5 ]5+
Una fórmula cruda se determina mediante análisis elemental . Durante mucho tiempo, este análisis fue el resultado de valoraciones . Se lleva a cabo en dos etapas:
El compuesto cuya fórmula bruta se va a determinar está mineralizado . Por ejemplo, si es un hidrocarburo, una masa m conocida con precisión de este compuesto se quema y se transforma en CO 2.y H 2 O. Los productos de combustión pasan a través de ácido sulfúrico concentrado que fija agua y no CO 2.. El aumento de masa proporciona información sobre la cantidad de H 2 O, por tanto de H, en la fórmula estudiada. Luego, los productos de la combustión burbujean en una cantidad de refresco conocida con precisión . El dióxido de carbono (que es un ácido ) también se neutraliza . Una nueva dosificación ácido-base del refresco (con ácido clorhídrico de concentración conocida) da la cantidad de CO 2producto y por lo tanto carbono en el compuesto. Tal análisis indica que en la masa m del compuesto, están las masas m H del elemento hidrógeno y m C del elemento carbono.
Para deducir la fórmula cruda de la fórmula empírica, debemos:
Los primeros análisis elemental de principios del XIX ° siglo. Se han descrito métodos muy inteligentes para determinar la composición elemental de los cuerpos, especialmente los orgánicos. Estos resultados dependieron del avance del conocimiento en química orgánica, en particular en el conocimiento de los productos naturales.
Étienne Henry describe así en una obra de 1833 la forma en que realiza un análisis elemental de compuestos orgánicos. Una masa pesada con precisión se introduce en un dispositivo que se limpia escrupulosamente "al fuego" con diferentes compuestos, según los análisis a realizar: óxido de cobre, cobre, polvo de vidrio, etc. La descomposición produce una mezcla de gases que deben ser procesados y cuyo volumen se aprecia con gran precisión. La determinación de un volumen es la mayoría de las veces más precisa que la de la masa correspondiente. Por ejemplo :
Hoy en día, el análisis elemental de un compuesto se encomienda a laboratorios especializados. Los métodos físico-químicos (como la espectrometría de absorción atómica ) han reemplazado a las titulaciones químicas.
La publicación que describe la síntesis de un nuevo compuesto no puede prescindir de una determinación elemental. Una diferencia demasiado grande entre el análisis elemental experimental y el calculado a partir de la supuesta fórmula cruda indica que el compuesto no es puro o que no es el correcto. En cualquier caso, no se puede aceptar la publicación.