Tipos de fórmulas químicas y ejemplos

Las sustancias químicas aparecen en los materiales, los seres vivos y los procesos que ocurren a nuestro alrededor. Para representarlas de forma abreviada se utilizan las fórmulas químicas, un sistema que combina los símbolos de los elementos con números y otros signos. Según el tipo de fórmula, podemos saber únicamente qué elementos forman una sustancia o también cómo están unidos y distribuidos sus átomos.

Resumen

Las fórmulas químicas representan sustancias mediante símbolos de elementos, subíndices y otros signos; indican su composición y, según el tipo, sus enlaces, distribución o electrones de valencia. La fórmula molecular expresa el número exacto de átomos; la empírica, la proporción mínima. Las fórmulas semidesarrollada y desarrollada muestran progresivamente los enlaces, la estructural refleja la organización espacial y la de Lewis, los electrones de valencia y pares compartidos o libres. Se elige según la información buscada.

¿Qué son las fórmulas químicas?

Una fórmula química es una representación simbólica de una sustancia. Los símbolos indican los elementos presentes y los números escritos como subíndices muestran cuántos átomos de cada elemento intervienen en la proporción indicada. Por ejemplo, en H2O aparecen dos átomos de hidrógeno por cada átomo de oxígeno. Como la etiqueta sub no forma parte de las permitidas, esta relación se expresa habitualmente como H2O en texto plano.

Las fórmulas también permiten representar sustancias que participan en una reacción química. En una ecuación química, las fórmulas de los reactivos aparecen antes de la flecha y las de los productos después. De este modo, se puede observar qué sustancias se transforman y cuáles se obtienen, aunque para interpretar correctamente una reacción también es necesario ajustar sus cantidades.

Elementos que aparecen en una fórmula química

El componente básico de una fórmula es el símbolo químico. La primera letra se escribe en mayúscula y, si hay una segunda letra, va en minúscula: C representa carbono, mientras que Cl representa cloro. No debe confundirse un símbolo de dos letras con dos elementos distintos.

Los subíndices indican el número de átomos de un elemento dentro de la fórmula. Si no aparece ningún número, se entiende que hay un átomo. Además, los paréntesis permiten multiplicar un grupo completo. Así, Ca(OH)2 contiene un átomo de calcio, dos de oxígeno y dos de hidrógeno.

En química orgánica se reconocen a menudo fragmentos que se repiten en distintas moléculas. Los grupos funcionales son conjuntos de átomos responsables, en buena medida, de ciertas propiedades y reacciones de los compuestos. Entre ellos se encuentran el grupo hidroxilo, –OH; el grupo carbonilo, C=O, y el grupo carboxilo, –COOH. Estos grupos no son tipos de fórmula, sino partes que ayudan a describir la composición y el comportamiento de una molécula.

Cuáles son los tipos de fórmulas químicas

Las fórmulas se diferencian por la cantidad de información que proporcionan. Algunas solo indican la composición; otras muestran los enlaces, la disposición de los átomos o incluso los electrones de valencia.

Fórmula molecular

La fórmula molecular indica qué elementos forman una molécula y el número exacto de átomos de cada uno. No muestra cómo están conectados esos átomos. Por ejemplo, C2H6O informa de que una molécula contiene dos átomos de carbono, seis de hidrógeno y uno de oxígeno, pero por sí sola no permite distinguir todas las posibles estructuras con esa misma composición.

También se emplea para representar muchas sustancias inorgánicas. Algunos ejemplos son:

• CO2, dióxido de carbono.
• NH3, amoniaco.
• CaCO3, carbonato de calcio.
• KNO3, nitrato de potasio.

En sustancias iónicas, como las sales, la fórmula suele expresar la proporción más sencilla entre los iones que forman el sólido, aunque no exista una molécula aislada con esa composición.

Fórmula empírica

La fórmula empírica muestra la proporción más simple, expresada con números enteros, entre los átomos de los elementos de un compuesto. Por ejemplo, la fórmula molecular C6H12O6 se puede simplificar a CH2O como fórmula empírica. Ambas aportan información diferente: la primera indica la cantidad real de átomos en una molécula y la segunda, únicamente la relación mínima.

Fórmula semidesarrollada

La fórmula semidesarrollada conserva agrupados algunos átomos, especialmente los de carbono e hidrógeno, y muestra los enlaces entre los grupos principales. Es muy útil en química orgánica porque permite reconocer la cadena carbonada y determinados grupos funcionales sin dibujar cada enlace C–H.

Por ejemplo, el propan-1-ol puede escribirse como CH3–CH2–CH2–OH. Esta expresión permite ver una cadena de tres carbonos, enlaces sencillos entre ellos y un grupo hidroxilo en un extremo. El uso de guiones representa los enlaces entre los grupos escritos.

Fórmula desarrollada

La fórmula desarrollada representa de manera explícita los enlaces entre los átomos de una molécula. A diferencia de la semidesarrollada, no agrupa de la misma manera los enlaces entre carbono e hidrógeno, por lo que ofrece una imagen más detallada de la conectividad.

Esta representación facilita comprobar cuántos enlaces forma cada átomo y localizar enlaces simples, dobles o triples. Sin embargo, se trata normalmente de una representación plana: no siempre refleja los ángulos y la forma tridimensional real de la molécula.

Fórmula estructural

La expresión fórmula estructural se utiliza para representaciones que muestran cómo se organizan los átomos y qué relación espacial mantienen. Dependiendo del modelo empleado, puede incluir una representación plana o tridimensional de la molécula.

Esta información es importante cuando dos sustancias tienen los mismos tipos y cantidades de átomos, pero presentan una disposición diferente. En esos casos pueden cambiar sus propiedades, porque la estructura influye en la forma en que las partículas interactúan.

Fórmula de Lewis

Las estructuras de Lewis representan los electrones de valencia de los átomos. Los pares de electrones compartidos pueden dibujarse como una línea entre dos átomos, mientras que los pares no compartidos se indican mediante puntos alrededor del símbolo químico.

Estas fórmulas ayudan a estudiar los enlaces covalentes, los pares libres y algunas reglas de distribución electrónica. Por ejemplo, en la estructura de Lewis del agua se muestran dos enlaces entre el oxígeno y los hidrógenos, además de dos pares de electrones no compartidos en el oxígeno. Aun así, una estructura de Lewis es un modelo: no reproduce por completo la forma ni el movimiento de los electrones en una molécula.

Cómo elegir la fórmula adecuada

La representación más conveniente depende de la pregunta que queramos responder:

• Si necesitamos conocer la composición, basta normalmente con una fórmula molecular o empírica.
• Si queremos seguir la cadena de una molécula orgánica, resulta útil la fórmula semidesarrollada.
• Si necesitamos localizar todos los enlaces, podemos recurrir a la fórmula desarrollada.
• Si interesa estudiar la disposición espacial, se emplea una representación estructural apropiada.
• Si se analizan los electrones de valencia y los enlaces covalentes, la fórmula de Lewis proporciona información especialmente útil.

Por tanto, ninguna fórmula es siempre la mejor. Cada una ofrece un nivel distinto de detalle y debe interpretarse atendiendo al objetivo del estudio. Leer correctamente los símbolos, subíndices, paréntesis y enlaces permite extraer la información química sin confundir la composición de una sustancia con la estructura de sus moléculas.