Fórmulas de estequiometria

Para resolver cálculos estequiométricos é preciso conhecer bem as fórmulas químicas. Entre elas, três se destacam: fórmula percentual ou centesimal, fórmula mínima ou empírica e fórmula molecular.

Veja cada uma:

Fórmula percentual ou centesimal

Essa fórmula indica a porcentagem, em massa, em que cada elemento aparece na substância.

Por exemplo, em 5,32 g de pirofosfato de sódio contêm 1,84 g de sódio, 1,24 g de fósforo e 2,24 g de oxigênio. Para descobrir a porcentagem, em massa, de cada um desses elementos, basta fazer uma regra de três simples:

\( \text{Sódio:} \\ \begin{array}{rcl} 5{,}32\,\text{g} & \longrightarrow & 100\% \\ 1{,}84\,\text{g} & \longrightarrow & x \\ \end{array} \\ x = \frac{1{,}84 \times 100}{5{,}32} = 34{,}59\%\,\text{de Na} \)

\( \text{Fósforo:} \\ \begin{array}{rcl} 5{,}32\,\text{g} & \longrightarrow & 100\% \\ 1{,}24\,\text{g} & \longrightarrow & x \\ \end{array} \\ x = \frac{1{,}24 \times 100}{5{,}32} = 23{,}31\%\,\text{de P} \)

\( \text{Oxigênio:} \\ \begin{array}{rcl} 5{,}32\,\text{g} & \longrightarrow & 100\% \\ 2{,}24\,\text{g} & \longrightarrow & x \\ \end{array} \\ x = \frac{2{,}24 \times 100}{5{,}32} = 42{,}10\%\,\text{de O} \)

Assim, a fórmula percentual ou centesimal desse composto é: Na_34,59%P_23,31%O_42,10%.

Fórmula mínima ou empírica

Essa fórmula indica a proporção mínima, em número de mol (números inteiros), entre os elementos que constituem uma substância.

Por exemplo, no exemplo anterior, do pirofosfato de sódio, vimos que ele era composto de 1,84 g de sódio, 1,24 g de fósforo e 2,24 g de oxigênio.

Para descobrir a proporção mínima entre esses elementos dentro da fórmula, basta dividir cada uma dessas massas pelas respectivas massas molares (Na = 23 g/mol, P = 31 g/mol, O = 16 g/mol):

\( \text{Sódio: } \frac{1{,}84}{23} = 0{,}08\,\text{mol} \\ \text{Fósforo: } \frac{1{,}24}{31} = 0{,}04\,\text{mol} \\ \text{Oxigênio: } \frac{2{,}24}{16} = 0{,}14\,\text{mol} \)

Como os valores têm que ser números inteiros, dividimos todos eles pelo menor número, que, nesse caso, é o 0,04:

\( \text{Sódio: } \frac{0{,}08}{0{,}04} = 2 \\ \text{Fósforo: } \frac{0{,}04}{0{,}04} = 1 \\ \text{Oxigênio: } \frac{0{,}14}{0{,}04} = 3{,}5 \)

Como os valores ainda não são inteiros, devemos multiplicá-los por um número que permita obter a menor proporção possível em números inteiros, que será o 2:

\( \text{Sódio: } 2 \times 2 = 4 \\ \text{Fósforo: } 1 \times 2 = 2 \\ \text{Oxigênio: } 3{,}5 \times 2 = 7 \)

Assim, a fórmula mínima desse composto é: Na₄P₂O₇.

Fórmula molecular

Essa fórmula indica a quantidade real em que os átomos de cada elemento aparecem na molécula.

Por exemplo, já temos a fórmula mínima e a fórmula percentual do pirofosfato de sódio. A partir de qualquer uma delas e sabendo a sua fórmula molecular (266 g/mol), podemos chegar até a sua fórmula molecular.

• Por meio da fórmula percentual (Na_34,59%P_23,31%O_42,10%):

Relacionando as porcentagens em massa com a massa molecular do composto:

\(Na = 34,59\% \\ P = 23,31\% \\ O = 42,10\%\)

\(MM = 266\ g/mol\)

Considerando que sua fórmula molecular seja Na_XP_YO_Z, agora devemos relacionar as porcentagens em massa com as massas atômicas e a massa molecular:

\( \text{ Sódio:} \\ \begin{array}{rcl} 266 & \longrightarrow & 100\% \\ 23x & \longrightarrow & 34{,}59\% \\ \end{array} \quad \\ x = 4 \\ \)

\(\text{Oxigênio:} \\ \begin{array}{rcl} 266 & \longrightarrow & 100\% \\ 16x & \longrightarrow & 42{,}10\% \\ \end{array} \quad \\ x = 7 \)

\(\text{Fósforo:} \\ \begin{array}{rcl} 266 & \longrightarrow & 100\% \\ 31x & \longrightarrow & 23{,}31\% \\ \end{array} \quad \\ x = 2 \\ \)

Portanto, a fórmula molecular desse composto é: Na₄P₂O₇.

Note que nesse caso a fórmula molecular é igual à fórmula mínima, mas isso não irá acontecer em todos os casos.

• Por meio da fórmula mínima:

Fórmula mínima: Na₄P₂O₇ (MM = 266 g/mol)

Fórmula molecular: (Na₄P₂O₇)_n (MM = 266 g/mol)

Apenas de observar que a massa molecular é a mesma, já vemos que a fórmula molecular é igual à fórmula mínima.

Mas, agora considere outro exemplo, digamos que a massa molecular de determinada substância é 30 g/ mol e sua fórmula mínima é CH₃. Qual será sua fórmula molecular?

Temos o seguinte:

Fórmula mínima: CH₃(MM = 15 g/mol)

Fórmula molecular: (CH₃)_n (MM = 30 g/mol)         

\( (\text{CH}_3)_n = 30 \\ 15n = 30 \\ n = \frac{30}{15} \\ n = 2 \)

Se n = 2, então basta multiplicar os índices dos elementos do composto por dois que teremos a sua fórmula molecular: C₂H_6. Esse composto é o etano.