Fórmula molecular

La figura muestra un ejemplo de un espectro de rsonancia magnética nuclear del protón.

La fórmula molecular es la verdadera fórmula de una sustancia compuesta y, por tanto, nos indica la relación real entre los átomos que constituyen a la molécula de la sustancia compuesta.

La fórmula molecular puede ser determinada utilizando métodos instrumentales como, por ejemplo, espectrometría de masas, resonancia magnética del protón, espectroscopia infrarrojo, UV, difracción de rayos X o la combinación de varias de ellas, pero también se pueden utilizar métodos clásicos de análisis como volumetría o gravimetría.

Para determinar la fórmula molecular, a partir de la composición centesimal de una sustancia, es requerido:

1. Conocimiento de la composición centesimal o composición porcentual
2. Conocimiento de la masa molar que se puede determinar mediante espectrometría de masas, propiedades coligativas (ebulloscopía, crioscopía, osmometría y descenso en la presión de vapor), método de Jean Dumas, Victor Meyer, densidades límites y otros.
3. Conocimiento de las masas atómicas o masas molares de los elementos que forman la fórmula.
4. Se puede utilizar la fórmula empírica, pero no es prescindible.

Por ejemplo, para una sustancia hipotética de fórmula A_xB_yC_z, los subíndices x, y, z, se determinan aplicando las siguientes expresiones:

x = (% de A . M_m del compuesto)/(100 . M_m de A)

y = (% de B . M_m del compuesto)/100 . M_m de B)

z = (% de C . M_m del compuesto)/(100 . M_m de C)

Actividad: 

Justifique las tres fórmulas anteriores.

http://encina.pntic.mec.es/~jsaf0002/p43.htm

Nota complementaria

La fórmula empirica representa una unidad de la verdadera fórmula de una sustancia, es decir, la unidad más simple que se repite n veces en la fórmula molecular. Por ejemplo, la verdadera fórmula del benceno es C6H6. La unidad más simple de esta fórmula que se repite 6 veces en el benceno es  CH. CH es la fórmula empírica del benceno. Por tanto, al multiplicar la fórmula empírica por el número de veces que se repite se obtiene la fórmula molecuar [6(CH) = C₆H₆].
El  propeno posee la fórmula molecular C₃H₆. La fórmula empírica del propeno es CH₂ que se repite 3 veces en la fórmula molecular y, por tanto, 3(CH₂)= C₃H₃

De acuerdo con los ejemplos dados, la masa molar de la fórmula molecular dividida entre la masa molar de la fórmula empírica es un número entero (n), es decir, la masa molar de la fórmula molecular es un múltiplo de la masa molar de la fórmula empírica. En algunos casos, al utilzar datos empíricos no se obtiene un número entero para n, pero se redondea al número entero más próximo.
Para calcular n se aplica la siguiente fórmula.

n = Masa molar de la fórmula molecular/Masa molar de la fórmula empírica.

Calculamos primero la fórmula empírica y su masa molar, y después calculamos n aplicando la fórmula anterior. Normalmente se conoce la masa molar de la fórmula molecular. Obtenido el valor de n, multiplicamos la fórmula empírica por n para obtener la fórmula molecular. Consideremos el siguiente ejemplo.💡

La composición centesimal de cierto compuesto es 85,6% de C y 14,4% de H. Si la masa molar (Mm) del compuesto es 28,054 g/mol, calcular la fórmula empírica y molecular.

MÉTODO I. Cálculo de la fórmula molecular pasando por el cálculo de la fórmula empírica.

1. Calculamos los moles de átomos de cada elemento por 100 g muestra.
nC = (85,6 g C/100 g muestra)/(mol C/12,011 g C) = 7,13 mol C/100 g muestra.
nH = (14,4 g H/100 g muestra)/(mol H/1,0079 g H) = 14, 3 mol H/100 g muestra.
2. Determinamos la proporción más simple en las que se combinan H y C.
nH/nC = (14,3 mol H/100 g muestra)/(7,13 mol C/100 g muestra) = 2,01 mol H/mol C ~ 2 mol H/mol C. 
3. Determinamos la fórmula empírica: CH₂
4. Calculamos la Mm de la fórmula empírica.
Mm de la fórmula empírica = 12,011g/mol + 2 x 21,0079 g/mol = 14,027 g/mol.
5. Calculamos el valor de n.
n = (28,054 g/mol)/(14,027 g/mol) = 2
6. Determinamos la fórmula molecular multiplicando la fórmula empírica por 2.
                      2(CH2) = C₂H₄ (eteno)🎯

MÉTODO II. Cálculo directo de la fórmula molecular.

Cálculo de los moles de C.
nC = (85,6 g C/100 g muestra)(28,054 g muestra/mol muestra)/(12,011 g C/mol C) = 1,99 mol C /mol muestra ~ 2 mol C/mol muestra
Cálculo de los moles de H.
nH = (14,4 g H/100 g muestra)(28,054 g muestra/mol muestra)/(1,0079 g H/mol H) = 4,01mol H/mol muestra ~ 4 mol H/mol muestra. 
Se combinan 2mol de C por mol 4 mol de H.
La fórmula molecular = C₂H₄(eteno)🆗