La fórmula como etiqueta de una receta
Valencia e iones: el porqué de las proporciones
Los átomos se combinan en proporciones fijas porque buscan completar su capa de valencia (regla del octeto). Eso les da una CARGA típica o número de oxidación: los metales del grupo 1 forman +1 (Na⁺), los del 2 forman +2 (Mg²⁺, Ca²⁺), el aluminio +3, los halógenos −1 (Cl⁻), el oxígeno −2. Una fórmula iónica es neutra: las cargas positivas y negativas se cancelan. Por eso el cloruro de calcio es CaCl₂ (un Ca²⁺ necesita dos Cl⁻) y el óxido de aluminio Al₂O₃ (dos Al³⁺ = +6 se equilibran con tres O²⁻ = −6).
Truco del cruce de cargas (para escribir fórmulas)
- Escribe el símbolo del catión (con su carga) y del anión (con la suya).
- Cruza los valores de las cargas para usarlas como subíndices.
- Ejemplo: sulfato de aluminio → Al³⁺ y SO₄²⁻ → Al₂(SO₄)₃ (el grupo poliatómico va entre paréntesis con su subíndice).
Composición porcentual en masa
¿Qué porcentaje de la masa de un compuesto aporta cada elemento? Se calcula como (masa del elemento en 1 mol / masa molar del compuesto) × 100. Es clave en minería (¿cuánto hierro hay realmente en este mineral?), en alimentos (etiquetas nutricional de sodio) y en farmacia (pureza).
Ejemplo resuelto: composición del agua
H₂O, M = 18 g/mol:
- Hidrógeno: 2 g / 18 g × 100 = 11.1 %.
- Oxígeno: 16 g / 18 g × 100 = 88.9 %. Total: 100 % (buena verificación).
Fórmula empírica vs fórmula molecular
- EMPÍRICA: la proporción más simple de átomos. El benceno es CH (1:1).
- MOLECULAR: el número real de átomos. El benceno real es C₆H₆ = (CH) × 6.
- La molecular es un múltiplo entero de la empírica: molecular = empírica × (masa molar real / masa de la empírica).
Pasos para hallar la fórmula empírica a partir de porcentajes
- Supón 100 g: convierte cada porcentaje en gramos.
- Divide cada masa entre su masa atómica → moles de cada elemento.
- Si quedan decimales "feas" (como ,5 o ,33), multiplica todos por el entero que los vuelva enteros (2, 3…).
Ejemplo resuelto: de análisis a fórmula
Un compuesto tiene 40.0 % de C, 6.7 % de H y 53.3 % de O. Suponiendo 100 g:
- C: 40.0/12 = 3.33 mol; H: 6.7/1 = 6.7 mol; O: 53.3/16 = 3.33 mol.
- Divide entre el menor (3.33): C = 1, H = 2, O = 1.
Tres sistemas de nomenclatura
- STOCK (IUPAC moderna): indica el estado de oxidación con números romanos. FeCl₂ = cloruro de hierro(II); FeCl₃ = cloruro de hierro(III). Resuelve el problema de los metales con varias valencias.
- TRADICIONAL: usa sufijos -oso (menor carga) y -ico (mayor): cloruro ferroso / férrico. Aún se usa en la industria.
- SISTEMÁTICA (prefijos griegos): mono-, di-, tri-… cuenta átomos. Ideal para compuestos moleculares: CO₂ = dióxido de carbono; N₂O₄ = tetraóxido de dinitrógeno.
Básico
La fórmula del óxido de aluminio (Al³⁺ y O²⁻) es:
La fórmula molecular siempre es múltiplo entero de la fórmula empírica.
El nombre FeCl₃ por el sistema Stock es cloruro de hierro(), y por el tradicional, cloruro .
Intermedio
Une cada compuesto con su fórmula:
¿Cuál es el porcentaje en masa de oxígeno en el CO₂ (M = 44 g/mol, O = 16)? Redondea a entero (por ciento).
Avanzado
Un alumno escribe las fórmulas. La INCORRECTA es:
Marca la línea o las líneas con error y pulsa Comprobar.
Un mineral tiene 63.2 % de Cobre, 15.8 % de Azufre y 21.0 % de Oxígeno. Determina su fórmula empírica (usa Cu = 63.5, S = 32, O = 16).
Se evalúa convertir a moles (≈ 0.995 Cu, 0.494 S, 1.31 O), dividir entre el menor (0.494) dando ≈ 2 Cu : 1 S : 2.7 O, y ajustar multiplicando por 3 para proporciones enteras → aproximada a CuFeS₂-like o explicar el redondeo; el razonamiento pesa más que el número exacto.
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Aplicaciones reales
- Minería y metalurgia: la composición porcentual dice cuánto metal extractible hay en una tonelada de mineral y si conviene procesarla.
- Etiquetado de alimentos y fertilizantes: el Nitrógeno-Fósforo-Potasio (NPK) de un fertilizante es puro porcentaje en masa de esos elementos.
- Control de calidad farmacéutico: verificar la fórmula y pureza de un principio activo empieza por su composición porcentual.
Errores frecuentes
- Cambiar subíndices para "balancear" (destruye la identidad).
- No simplificar la fórmula empírica (Mg₂O₂ en vez de MgO).
- Usar prefijos griegos con compuestos iónicos.
- Sumar mal las masas molares al calcular porcentajes.
Conexiones con otros aprendizajes
La composición porcentual es el puente hacia la estequiometría de la U3 (fórmula empírica a partir de datos de reacción); la nomenclatura correcta es requisito para leer las ecuaciones; y el concepto de carga iónica que fija la fórmula viene del enlace iónico visto en esta unidad y de la valencia de la U1.
Khan Academy · Fórmulas empírica y molecularPráctica de composición y nomenclatura.
Tarjetas de fórmulas
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Traducir entre nombre, fórmula y composición
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