¿Qué es una fórmula molecular?

Una fórmula molecular es una forma de representar las sustancias químicas en la que se muestra la composición atómica exacta de la misma. Se trata de una fórmula en la que se indica los tipos de átomos y el número de ellos que conforman la molécula de una sustancia pura.

En la fórmula molecular, los distintos tipos de átomos se representan por medio de su símbolo químico, utilizando subíndices para indicar el número de veces que se repite cada átomo. En todos los casos, el subíndice 1 se omite.

¿Qué sustancias tienen fórmula molecular y qué sustancias no?

Es muy importante mencionar que, tal como su nombre indica, las fórmulas moleculares solo se aplican a los compuestos moleculares, es decir, a aquellos que están formados por unidades discretas, denominadas moléculas, en las cuales las fuerzas intramoleculares que mantienen unidos a los átomos (es decir, los enlaces covalentes) son mucho más intensas que las fuerzas cohesivas que mantienen unidas entre sí a las moléculas.

En este sentido, las fórmulas moleculares no se aplican a los compuestos iónicos, ya que estos no están formados por moléculas sino por iones. En los compuestos iónicos, cada catión está unido simultáneamente a varios aniones y no a uno en particular. Debido a la naturaleza del enlace iónico, en estos compuestos no existe una unidad discreta formada por un anión y un catión. Sin embargo, es común que las personas se refieran a las unidades de estos compuestos como moléculas, y a sus fórmulas empíricas como fórmulas moleculares, a pesar de ser un error conceptual considerable desde el punt de vista químico.

En otras palabras, decir que la fórmula molecular del cloruro de sodio es NaCl es un error, ya que el cloruro de sodio es un compuesto iónico, no un compuesto molecular. Dicho esto, cabe resaltar que a nivel práctico el uso de una u otra fórmula es exactamente el mismo, por lo que cometer este error conceptual resulta inconsecuente desde el punto de vista práctico (¡nunca desde el teórico!).

Por otro lado, las fórmulas moleculares tampoco se aplican a los sólidos covalentes, es decir, aquellos que están formados por una red unidimensional, bidimensional o tridimensional de átomos unidos entre sí por medio de enlaces covalentes. En estos casos, no existe una única molécula que se repite en el compuesto, sino que cada cristal es en sí una gran molécula cuyo número total de átomos varía. En estos casos, se utiliza otro tipo de fórmula denominada fórmula empírica.

Utilidad de la fórmula molecular

Las fórmulas moleculares son de gran importancia, ya que permiten ver rápidamente la composición elemental de un compuesto molecular, con lo cual resulta muy rápido y sencillo calcular variables como el peso molecular y, por lo tanto, la masa molar de la sustancia. Por medio de las masas molares se llevan a cabo la mayoría de los cálculos estequiométricos que los químicos hacen de manera cotidiana.

Por ejemplo, la fórmula molecular del dióxido de carbono es CO₂, por lo que su peso molecular corresponde a la suma del peso de un átomo de carbono (12,011) y dos átomos de oxígeno (15,999 cada uno):

Además de esto, las fórmulas moleculares también permiten establecer relaciones estequiométricas entre los elementos que componen a una sustancia. Así, en el caso de la molécula de agua, cuya fórmula molecular es H₂O, podemos observar que hay 2 átomos de hidrógeno por cada átomo de oxígeno.

Finalmente, las fórmulas moleculares nos permiten determinar cuándo dos compuestos químicos son isómeros entre sí. La isomería es la relación entre dos sustancias químicas diferentes o de alguna manera distinguible una de otra, pero que comparten la misma fórmula molecular.

Por ejemplo, el etanol o alcohol etílico y el dimetil éter son dos compuestos orgánicos distintos y que poseen propiedades tanto físicas como químicas muy diferentes (el primero es un líquido mientras que el segundo es un gas a temperatura ambiente, por ejemplo). Sin embargo, ambas sustancias comparten la misma fórmula molecular, a saber, C₂H₆O, razón por la cual son isómeros.

Limitaciones de la fórmula molecular

Las fórmulas moleculares tienen la desventaja de que solo muestran la composición de una molécula, mas no muestra la conectividad entre los átomos que la conforman. En otras palabras, no indica cómo o en qué orden están unidos los átomos, sino solo qué átomos están presentes.

Esto hace que su uso esté limitado a las aplicaciones mencionadas en la sección anterior, pero no es particularmente útil para comprender cómo o por qué se forman las moléculas ni tampoco permite entender y comparar sus propiedades. Existen otras fórmulas a las que algunas personas se refieren también como fórmulas moleculares y que aportan mucha más información. Tal es el caso de las fórmulas semidesarrolladas, las fórmulas estructurales, las estructuras de Lewis y otras. Sin embargo, ninguna de estas es realmente una fórmula molecular propiamente dicha.

Fórmula molecular versus fórmula empírica

Una fórmula relacionada con la fórmula molecular pero que no se trata de lo mismo es la fórmula empírica. Esta representa la composición de una sustancia química (sea esta iónica o molecular), mostrando únicamente los elementos que la componen y la relación mínima de números enteros que se puede escribir entre todos sus átomos.

Las fórmulas empíricas resultan ser una versión simplificada de la fórmula molecular. En otras palabras, la fórmula molecular siempre es un múltiplo entero de la fórmula empírica. Por ejemplo, el peróxido de hidrógeno es un compuesto de fórmula molecular H₂O₂. Esta relación 2:2 entre los átomos de hidrógeno y los de oxígeno se puede representar con números enteros más simples, a saber, 1:1, por lo que la fórmula empírica del peróxido de hidrógeno es HO.

Fórmula molecular versus fórmulas semidesarrolladas

Como se mencionó antes, las fórmulas moleculares no muestran la conectividad entre los átomos de una molécula. Para ello están las fórmulas estructurales desarrolladas o las estructuras de Lewis. Sin embargo, existe un tipo de fórmulas que tienen un carácter intermedio entre la fórmula molecular y la estructural denominada fórmula semidesarrollada.

En estas fórmulas, los átomos que forman una molécula se agrupan según su conectividad y se suelen escribir los grupos en el orden en el que están enlazados. Estas fórmulas son fáciles de reconocer ya que a veces presentan paréntesis y pueden presentar el mismo elemento varias veces en distintas partes de la fórmula.

Por ejemplo, el etanol se puede representar como C₂H₅OH, donde se hace énfasis en el hecho de que hay un primer grupo de átomos (el C₂H₅-) en el que el carbono y el hidrógeno están unidos entre sí, y hay luego otro grupo de átomos (el OH) unidos a este.

Ejemplos de fórmulas moleculares

La siguiente tabla muestra algunos ejemplos de fórmulas moleculares de compuestos comunes.

Referencias

ÁLvarez, D. O. (2021, 15 julio). Fórmula Química – Concepto, tipos, partes y ejemplos. Concepto. https://concepto.de/formula-quimica/

Chang, R. (2021). Quimica (11.^a ed.). MCGRAW HILL EDDUCATION.

Cohesión y adhesión del agua (artículo). (s. f.). Khan Academy. https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/chemistry-of-life/structure-of-water-and-hydrogen-bonding/a/cohesion-and-adhesion-in-water

Flowers, P., Theopold, K., Langley, R., & Robinson, W. R. (2019, 14 febrero). 2.4 Chemical Formulas – Chemistry 2e. OpenStax.Org. https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/2-4-chemical-formulas

Libretexts. (2020, 11 agosto). 6.9: Calculating Molecular Formulas for Compounds. Chemistry LibreTexts. https://chem.libretexts.org/Courses/University_of_British_Columbia/CHEM_100%3A_Foundations_of_Chemistry/06%3A_Chemical_Composition/6.9%3A_Calculating_Molecular_Formulas_for_Compounds

Mott, V. (s. f.). Molecular Formulas | Introduction to Chemistry. Lumen. https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/molecular-formulas/