Fórmula molecular

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Fórmula Molecular
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Para determinar a fórmula molecular, você precisa saber qual é a fórmula percentual ou a fórmula mínima, além da massa molar da substância.
A fórmula molecular mostra a quantidade exata de átomos de cada elemento de uma molécula
A fórmula molecular é aquela que mostra quais são os elementos que formam determinada substância e o número exato de átomos de cada elemento que está presente em uma molécula dessa substância.
No texto Fórmula Mínima ou Empírica, foi visto que a fórmula mínima expressa a proporção entre os átomos dos elementos de uma molécula em menores números inteiros. Mas essa fórmula não mostra o número real de cada átomo que está presente na molécula.
Por exemplo, considere a fórmula mínima C3H4O3. Ela indica que a proporção entre os átomos do carbono, do hidrogênio e do oxigênio presentes na amostra é, respectivamente, 3 : 4 : 3. Mas a fórmula molecular dessa substância poderia ser C3H4O3 ou C6H8O6 ou C9H12O9 ou C12H16O12 e assim por diante.
Então, como achar a fórmula molecular certa?
Para descobrir isso, basta conhecer dois aspectos:
1. A fórmula percentual ou a fórmula mínima;
2. A massa molecular do composto.
Com esses dados em mão, pode-se calcular quantas fórmulas mínimas são necessárias para chegar à massa molar:
fórmula molecular = fórmula mínima . n
n =           massa molar          
      massa da fórmula mínima
O “n” pode ser qualquer número inteiro e positivo.
De modo mais detalhado, podemos usar três métodos para encontrar a fórmula molecular das substâncias, que são: (1º) por meio da fórmula percentual ou centesimal, (2º) por meio da fórmula mínima ou empírica e (3º) por meio do cálculo direto.
Vejamos como proceder em cada caso:
1º Por meio da fórmula percentual ou centesimal:
No artigo Fórmula Percentual ou Centesimal foi mostrado que essa fórmula indica a massa de cada elemento químico presente em 100 partes de massa de uma substância pura. O texto Fórmula Mínima ou Empírica, já mencionado, mostrou como chegar à fórmula mínima a partir da fórmula percentual.
Então, se o enunciado do exercício fornecer a fórmula percentual da substância, primeiro encontra-se a fórmula mínima e depois se faz o cálculo de quantas fórmulas mínimas seriam necessárias para chegar à massa molar. Vejamos um exemplo:
Exemplo1:
(U. São Judas-SP) Um dos constituintes do calcário, da casca do ovo, da pérola e da concha do mar, usado como matéria-prima na produção do cimento, tem a seguinte composição percentual: 40,0% de cálcio, 12,0% de carbono e 48,0% oxigênio (massas atômicas: C = 12u; O = 16u; Ca =40u). Sabendo-se que a sua massa molar é 100,0 g/mol, podemos afirmar que a sua fórmula molecular é:
a) CaC3O2.      b) CaC2O4.      c) CaCO2.      d) CaCO3.      e) CaC2O6.
Resolução:
1º Passo: Encontrar a fórmula mínima a partir da fórmula percentual.
O enunciado disse que há: 40,0% de Ca, 12,0% de C e 48,0% de O. Isso quer dizer que, em uma amostra de 100 g, há 40,0 g de Ca, 12,0 g de C e 48,0 g de O.
Dividimos cada um desses valores, em gramas, pelas respectivas massas molares:
Ca = 40/40 = 1
C = 12/12 = 1
O = 48/16 = 3
Assim, descobrimos que a fórmula mínima dessa substância é CaCO3.
2º passo – Determinar a massa da fórmula mínima e depois calcular quantas fórmulas mínimas são necessárias para chegar à massa molar da substância:
CaCO3 = (1 . 40) + (1 . 12) + (3 . 16) = 100 g/mol
O enunciado informou que a massa molar dessa substância é de 100 g/mol. Então, basta dividir esse valor pelo valor da massa molar da fórmula mínima:
n =          massa molar         
     massa da fórmula mínima
n = 100
      100
n = 1
Visto que:
fórmula molecular = fórmula mínima . n
Logo, a fórmula molecular é uma vez a fórmula mínima: CaCO3.
A resposta correta é a letra “d”.
2º Por meio da fórmula mínima ou empírica:
Parece-se com o caso anterior, mas pula a parte que se usa a fórmula percentual para determinar a fórmula mínima, pois o enunciado da questão já fornece. Veja um exemplo:
Exemplo 2:
Um espectrômetro de massas foi usado para demonstrar que a vitamina C possui a massa molar igual a 176,12 g/mol. Dada a sua fórmula empírica C3H4O3, qual é a fórmula molecular da vitamina C?
Resolução:
Como já temos a fórmula mínima, basta fazer apenas o 2º passo do exemplo 1, ou seja, descobrir a massa da fórmula mínima e relacionar com a massa molar da vitamina C:
C3H4O3 = (3 . 12) + (4 . 1) + (3 . 16) = 88 g/mol
O enunciado informou que a massa molar dessa substância é 176,12 g/mol. Então, basta dividir esse valor pelo valor da massa molar da fórmula mínima:
n =          massa molar         
     massa da fórmula mínima
n = 176,12
         88
n = 2
Visto que:
fórmula molecular = fórmula mínima . n
Logo, a fórmula molecular é duas vezes a fórmula mínima:
fórmula molecular = (C3H4O3) . 2
fórmula molecular = C6H8O6
3º Por meio do cálculo direto:
Se soubermos somente a massa molar da substância e a fórmula percentual, não precisaremos da fórmula mínima, pois poderemos fazer o cálculo direto por meio de relações matemáticas e regras de três. Vamos pegar o exemplo 1 e resolver dessa forma agora. No enunciado, foi dito que a substância era formada por cálcio, carbono e oxigênio, o que nos permite escrever o seguinte:
Cax Cy Oz
Precisamos descobrir o valor de x, y e z para determinar a fórmula molecular dessa substância. Sabemos as massas atômicas de cada elemento, então, temos:
Cax          Cy          Oz     
 ↓           ↓            ↓     
40 . x     12 . y     16 . z
Agora basta usar regras de três, a proporção centesimal dada no enunciado (40,0% de Ca, 12,0% de C e 48,0% de O) e a sua massa molar (100 g/mol):
* Ca
100% da substância ----- 40% de Ca
100 g da substância ----- 40 x g de Ca
x = 1
* C:
100% da substância ----- 12% de C
100 g da substância ----- 12 y g de C
y = 1
* O:
100% da substância ----- 48% de O
100 g da substância ----- 16 z g de O
z = 3
Pronto, achamos os índices da fórmula molecular Ca1C1O3 ou CaCO3. Veja que esse é o mesmo resultado que encontramos no método 1, mas de forma mais direta.