Cálculo de la composición porcentual y determinación de fórmulas empíricas

Formula empírica

Esta lección cubrirá cómo comenzar con una fórmula empírica y determinar la fórmula química. Hay varios pasos para llegar a la fórmula empírica. Voy a partirlo en dos mitades. En la primera mitad, aprenderá a determinar el porcentaje de elementos de un compuesto. En la segunda parte, aprenderá a tomar esos porcentajes y determinar la fórmula empírica.

Sin embargo, primero debe comprender a qué me refiero cuando digo «fórmula empírica». La fórmula empírica muestra el tipo y las proporciones de los átomos de una sustancia en su forma más simple. La fórmula química , por otro lado, es la forma abreviada de escribir una sustancia mediante el uso de símbolos químicos y subíndices numéricos con el número exacto de átomos.

Es como decir la palabra familia. Les puedo decir que mi familia está formada por una madre, un padre y algunos hijos. Esto es como la fórmula empírica: 1M 1F 2SD (una madre, un padre, dos hijos e hijas).

Pero, para ser más específico, mi familia está formada por una madre, un padre, siete hijos y tres hijas. Esto es como la fórmula química: 1M 1F 7S 3D (una madre, un padre, siete hijos, tres hijas).

Suena un poco confuso, pero veamos algunos ejemplos. Considere el peróxido de hidrógeno. La fórmula química es H2O2. En una molécula de peróxido de hidrógeno, hay dos hidrógenos y dos oxígenos. La fórmula empírica es HO. Así es como escribirías peróxido de hidrógeno, H2O2, en su forma más simple.

Las fórmulas químicas y empíricas del peróxido de hidrógeno

La fórmula química, como puede ver, da una representación más exacta de la sustancia. Observe la glucosa y el formaldehído. La fórmula química de la glucosa es C6H12O6. La fórmula química del formaldehído es CH2O. Ambos tienen la misma fórmula empírica de CH2O.

Determinación de la composición porcentual de compuestos

Primero, practiquemos hallar la composición porcentual de compuestos. Para encontrar la composición porcentual, necesita la fórmula, a partir de la cual encuentra la masa molar (a partir de la cual encuentra el porcentaje de masa) de cada elemento.

1. Escribe la fórmula.
2. Usa la fórmula para determinar la masa molar.
3. Utilice la masa molar para determinar el porcentaje de masa de cada elemento.

Si tiene un compuesto que tiene la fórmula C2H5OH, primero determine la masa de cada elemento.

• masa de C = (2 moles C / 1) * (12 g C / 1 mol) = 24 g C
• masa de H = (6 moles H / 1) * (1 g H / 1 mol) = 6 g H

Cuando cuentes el número de hidrógenos, ¡no olvides contar el que está al final de la fórmula!

• masa de O = (1 mol O / 1) * (16 g O / 1 mol) = 16 g O
  • Masa total = 24 g + 6 g + 16 g = 46 g

Luego, determine el porcentaje de cada elemento en el compuesto total.

• C = (24/46) * 100% = 52%
• H = (6/46) * 100% = 13%
• O = (16/46) * 100% = 35%

Cómo calcularía los porcentajes de composición en el compuesto

Determinación de la fórmula empírica

Ahora, practiquemos la determinación de la fórmula empírica de un compuesto. Para hacer esto, necesita la composición porcentual (que usa para determinar la composición de la masa), luego la composición en moles y finalmente, la proporción molar de número entero más pequeña de átomos.

1. Calcula la composición porcentual.
2. Utilice la composición porcentual para determinar la composición de la masa.
3. Utilice la composición de la masa para determinar la composición en moles.
4. Usa la composición en moles para encontrar la proporción de átomos en números enteros más pequeña.

Para este ejemplo, nuestro compuesto tiene 72% de Cl, 24% de C y 4% de H. Primero, determine la masa de cada uno de los elementos en 100 g de la sustancia.

• 72 g Cl
• 24 g C
• 4 g H

Luego, determina cuántos moles hay de cada elemento en 100 g de la sustancia usando la masa molar de cada elemento.

• (72 g Cl / 1) * (1 mol Cl / 35,5 g Cl) = 2 moles
• (24 g C / 1) * (1 mol C / 12 g C) = 2 moles
• (4 g H / 1) * (1 mol H / 1 g H) = 4 moles

Divida cada uno por el menor número de lunares.

• Cl = 2/2 = 1
• C = 2/2 = 1
• H = 4/2 = 2

Entonces, la fórmula empírica es CH2Cl.

Debe convertir la composición de la masa en moles.

Práctica

Ahora, pongámoslo todo junto. Entonces, imagina que has hecho algo en el laboratorio. Sabe que hizo reaccionar 0,35 g de un compuesto que contiene carbono, hidrógeno y nitrógeno con algo de oxígeno, y produjo 0,50 g de dióxido de carbono y 0,50 g de agua. Quiere saber cuántos de cada átomo hay en el compuesto con el que comenzó. En otras palabras, desea conocer la fórmula empírica.

Datos:

• C + H + N + O <==> CO2 + H2O
• 0,35 g = C + H + N
• 0,50 g = CO2
• 0,50 g = H2O

Para hacer esto, necesita hacer algunas suposiciones. Suponga que todo el carbono se utilizó para producir CO2. Tienes la masa de CO2 (0,50 g). Así es como lo haces:

• (Masa de carbono / masa molar de CO2) * (masa de CO2 producida / 1) = cantidad de carbono en CO2

Siempre me gusta poner mis números enteros sobre un denominador de uno para mantener todo como una fracción y que sea más fácil ver lo que tacha.

• (12,0 g C / 44,0 g CO2) * (0,50 g CO2 / 1) = 0,14 g C

La cantidad de carbono que acaba de determinar es el carbono del compuesto desconocido. Ahora puede determinar el porcentaje de carbono en ese compuesto.

• (0,14 g C / 0,35 g de compuesto) * 100% = 40% del compuesto es carbono

Entonces, ahora sabemos que el 40% de nuestro compuesto está hecho de carbono. Pero, ¿qué pasa con el otro 60%? Determinamos qué porcentaje del compuesto es hidrógeno usando el mismo tipo de ecuaciones.

• (Masa molar de H / masa molar de H2O) * (cantidad de H2O / 1) = cantidad de hidrógeno en H2O
  • (2,0 g H / 18,0 g H2O) * (0,50 g H2O / 1) = 0,056 g H

La masa es 2 g porque, en el agua, el hidrógeno viaja en pares y cada uno de los hidrógenos es 1 g. El porcentaje de hidrógeno en el compuesto es:

• (0,056 g de H / 0,35 g de compuesto) * 100% = 16%

Entonces, el 16% del compuesto desconocido es hidrógeno. Sabes que el 16% es hidrógeno y el 40% es carbono, por lo que el 44% es nitrógeno (100% – 16% – 40%). Ahora que tiene los porcentajes de cada tipo de átomo en su compuesto desconocido, puede determinar la fórmula. Ahora, imagina que tienes 100 g de tu compuesto desconocido. A partir de los porcentajes que determinó, sabe que 16 g es hidrógeno, 40 g es carbono y 44 g es nitrógeno. Convierta estos números en moles.

• (16 g H / 1) * (1 mol H / 1 g H) = 16 moles H
• (40 g C / 1) * (1 mol C / 12 g C) = 3.3 moles C
• (44 g N / 1) * (1 mol N / 14 g N) = 3,1 moles N

Una vez que conozca los porcentajes de su compuesto, puede convertirlos en moles.

Ahora que conoces tus moles, puedes encontrar la proporción de cada uno de los átomos del compuesto. Esto se hace dividiendo cada uno de los valores molares por el menor de los valores molares.

• Para el hidrógeno, esto es 16 / 3,1 = 5,2
• Para el carbono, esto es 3.3 / 3.1 = 1.1
• Para el nitrógeno, esto es 3.1 / 3.1 = 1

Redondea esto a números enteros y sabrás que el compuesto tiene cinco H, un C y un N. Entonces, su fórmula empírica es CH5N.

Resumen de la lección

Uf. Eso fue bastante trabajo. Déjame ver si puedo resumirte un poco. Esta lección le enseñó el significado de la fórmula empírica , que muestra el tipo y las proporciones de los átomos en una sustancia en su forma más simple. Esto es diferente de la fórmula química , que proporciona una representación más exacta de la sustancia porque es la forma abreviada de escribir una sustancia mediante el uso de símbolos químicos y subíndices numéricos con el número exacto de átomos. Si ha determinado el porcentaje de cada elemento en un compuesto, puede determinar la fórmula empírica.

1. Determina el porcentaje de elementos en el compuesto desconocido.
2. Determina la cantidad de moles de cada elemento en el compuesto desconocido.
3. Tú determinas la proporción molar de cada uno de los elementos.
4. Escribe la fórmula empírica.

Los resultados del aprendizaje

Una vez que haya terminado esta lección, es posible que pueda:

• Definir fórmula empírica y fórmula química y explicar las diferencias entre ellas.
• Enumere los pasos necesarios para determinar el porcentaje de composición de elementos en un compuesto.
• Determinar la fórmula empírica de un compuesto después de calcular la composición porcentual de cada elemento en el compuesto.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador