Composición de una sustancia y fórmula química

COMPOSICIÓN PORCENTUAL 

El análisis químico de un compuesto proporciona su composición, normalmente expresada como porcentaje en masa o composición centesimal, que es la misma en las fórmulas empírica y molecular.

DETERMINACIÓN DE LA FÓRMULA DE UN COMPUESTO

El método analítica para determinar la fórmula de un hidrocarburo, consiste en quemar completamente una muestra del compuesto de masa conocida. La combustión producirá CO₂ y H₂O.

Las cantidades (en masa) formadas de CO₂ y H₂O se pueden conocer por el aumento de peso que experimentan los respectivos tubos colectores.

El vapor de agua se recoge en un agente desecante, por ejemplo CaCl₂, y el dióxido de carbono reacciona con el hidrógeno de sodio. Por diferencia de pesada se calculan las masas de H₂O y CO₂.

Conocidas las masas que se obtienen de estas dos sustancias, es posible determinar  cuánto  C y cuánto H tenía la muestra. Con estos datos se obtiene la fórmula empírica de la sustancia desconocida. Para determinar su fórmula molecular, es necesario conocer, por otros métodos, la masa molecular.

Un método muy sencillo de calcular la masa molecular es medir el volumen que ocupa una masa conocida de la muestra en estado gaseoso. La aplicación de la ecuación de los gases ideales nos permite obtener de forma inmediata ese dato.

EJERCICIO RESUELTO:

Al quemar completamente 5 g de un compuesto que contiene C, H y O se obtienen 11,9 g de CO₂ y 6,1 g de H₂O. Por otro lado, 2 g de este compuesto, en estado vapor, recogidos sobre agua a 715mmHg y 40°C ocupan un volumen de 800 L. Determina: 

a) La fórmula molecular del compuesto

      b)Su composición centesimal

Dato: La presión del agua a 40 °C es de 55 mmHg.

Solución:

      a) Cuando un compuesto orgánico se quema completamente, todo su C pasa a dióxido de carbono y todo su H a agua. Teniendo en cuenta las masas molares del CO₂ y el H₂O, 44,0 g/mol y 18,0 g/mol, respectivamente, podremos escribir:

De donde: X=3,25 g C, Y=0,68 g H.

El resto hasta 5g, será oxígeno: 5g – (3,25 + 0,68) g = 1,07 g O.

Si ahora estas cantidades las dividimos entre sus respectivas masas molares, obtendremos el número de moles de C, H y O que contiene la muestra. Normalmente no obtenemos números enteros.

Para solucionarlo, dividimos entre el menor de los tres, 0,067, y se obtienen: 4 mol C, 10 mol H y 1 mol O. Como la relación en número de átomos ha de ser la misma, la fórmula empírica será: C₄H₁₀O.

Para obtener la fórmula molecular, necesitamos conocer la masa molecular. La presión  del gas es: 715 – 55 = 660 mmHg que, suponiendo comportamiento ideal, será:

 

De donde: Mm = 74 g/mol. Por tanto, la masa molecular será de 74 u, que coincide con la masa de la fórmula empírica; Luego, el compuesto responderá a la fórmula molecular C₄H₁₀O.

      b) Lo más sencillo, en este caso, es utilizar los datos calculados en el apartado anterior a partir del enunciado:

El porcentaje también se podría haber calculado a partir de cualquiera de las fórmulas (empírica o molecular) determinadas en el apartado a). Habríamos obtenido el mismo resultado.


Bibliografía:

S.Zubiaurre, J.M. Arsuaga, B,Garzón "Química 2º Bachillerato" Editorial ANAYA