Fórmulas Moleculares

FÓRMULAS MOLECULARES

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En la actualidad se conocen más de 30 millones de compuestos químicos, de los cuales 1 millón son inorgánicos y el resto orgánicos.  Los químicos determinan las propiedades físicas y químicas de estas sustancias (puntos de fusión y ebullición, solubilidad, densidad....).  Sin embargo, la información más codiciada por el químico es la determinación de la estructura del compuesto, qué tipo de átomos lo forman y cómo se enlazan dichos átomos.
 
Sabemos que una sustancia como el butano está formada por carbono e hidrógeno.  Cada molécula contiene 4 átomos de carbono y 10 atomos de hidrógeno, lo cual se representa mediante la fórmula C4H10, llamada fórmula molecular.  Además sabemos que los átomos de carbono se enlazan formando una cadena lineal.  Al primer carbono se unen 3 hidrógenos, al segundo carbono 2 hidrógenos, al tercer carbono 2 hidrógenos y al cuarto carbono los últimos 3 hidrógenos.
 

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Consiste en determinar experimentalmente la composición centesimal (en masa) de una sustancia. Así, para un compuesto de fórmula molecular C4H10 la composición centesimal es: 82,66% de C y 17,34% de H.
El análisis elemental de un compuesto se realiza en un aparato, llamado analizador, donde se quema una muestra pesada con gran exactitud (unos 5 mg).  El carbono se transforma en CO2, el hidrógeno en H2O y el nitrógeno en N2, determinándose por cromatografía de gases.  El oxígeno no suele analizarse y se determina por diferencia.
 
 

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A partir de la composición centesimal de un compuesto químico podemos determinar su formula empírica.  La fórmula molecular se obtiene a partir de la empírica utilizando la masa molecular del compuesto, que puede determinarse mediante la espectrometría de masas.

Determinación de la fórmula empírica y molecular de la cortisona
La composición centesimal de la cortisona es: 69,96 % de C; 7,83 % de H y 22,21 % de O.  Determinar la fórmula empírica. Sabiendo que la masa molecular es 360,43 obtener la fórmula molecular.

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 El índice de insaturación de una molécula se define como la suma del número de enlaces \(\pi\) y del número de ciclos presentes. Los alcanos son hidrocarburos saturados al no contener enlaces \(\pi\) ni ciclos y cumplen la fórmula molecular \(C_nH_{2n+2}\).  Para calcular el índice de insaturación de un compuesto no tenemos más que comparar el número de hidrógenos que posee con los que tendría si fuera un alcano de igual número de carbonos.  Esta diferencia de hidrógenos dividida entre 2 nos da el índice de insaturación.

Los alquenos son compuestos que contienen dobles enlaces carbono-carbono.  Los alquenos responden a la fórmula molecular \(C_nH_{2n}\).  Para el mismo número de carbonos tienen dos hidrógenos menos que un alcano, se dice que son compuestos insaturados (presentan una insaturación).

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Un compuesto orgánico cuya composición centesimal es 83,63 % de carbono y 16,37 % de hidrógeno con masa molecular 86,11, presenta el siguente espectro de IR.

22-dimetilbutano

Determinar la estructura del compuesto.