formula empirica e molecolare mappa concettuale chimica

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La formula empirica indica la proporzione minima degli atomi in un composto, mentre la formula molecolare ne indica il numero reale in una molecola. Questa mappa concettuale spiega le definizioni, la differenza tra le due formule, i passaggi di calcolo a partire dalle percentuali di massa e gli esempi classici come acqua, glucosio e benzene, utili per lo studio della chimica nelle scuole superiori.

Differenza tra formula empirica e molecolare
La formula empirica, detta anche formula minima, esprime il rapporto più semplice tra gli atomi di un composto, con indici ridotti ai minimi termini. La formula molecolare indica invece quanti atomi di ciascun elemento sono realmente presenti in una molecola ed è sempre un multiplo intero della formula empirica. Per l'acqua le due formule coincidono, H2O, perché il rapporto 2:1 non è ulteriormente riducibile. Per il glucosio la formula molecolare è C6H12O6, mentre quella empirica è CH2O. Attenzione: composti chimicamente diversi possono condividere la stessa formula empirica, come benzene e acetilene, entrambi CH in forma minima, ma con proprietà molto diverse.

Come si calcola la formula empirica
Il calcolo parte in genere dall'analisi elementare, cioè dalle percentuali in massa degli elementi. Si suppone di avere 100 grammi di campione, così le percentuali diventano grammi. Ogni massa si divide per la massa atomica dell'elemento per ottenere le moli. Si divide poi ogni valore per il più piccolo, ottenendo un rapporto numerico. Se i rapporti non sono interi, si moltiplicano tutti per un fattore adatto, ad esempio 2 o 3, per arrotondare. Ad esempio, un composto con 40,0% di carbonio, 6,7% di idrogeno e 53,3% di ossigeno porta al rapporto 1:2:1, quindi alla formula CH2O.

Dal dato empirico alla formula molecolare
La formula empirica da sola non basta per identificare la molecola: servono informazioni sulla massa molare, ottenute sperimentalmente ad esempio con metodi di misura della pressione di vapore o dell'innalzamento ebullioscopico. Si calcola la massa della formula empirica e si divide la massa molare sperimentale per questo valore, ottenendo un fattore intero. Moltiplicando tutti gli indici della formula empirica per tale fattore si ottiene la formula molecolare. Per il glucosio, con formula empirica CH2O di massa 30 e massa molare di circa 180, il fattore è 6, da cui C6H12O6. Senza la massa molare esistono infinite possibilità coerenti con lo stesso rapporto.

Casi particolari e attenzione ai dettagli
Alcuni casi meritano attenzione. Gli idrati, come il solfato di rame pentaidrato, includono molecole d'acqua nella formula e nei calcoli si considera anche la massa dell'acqua di cristallizzazione. Nelle analisi dei composti organici, l'analisi elementare fornisce percentuali di carbonio, idrogeno e spesso ossigeno, che si determina per differenza. Durante i calcoli conviene mantenere diverse cifre significative e arrotondare solo alla fine, perché arrotondamenti precoci possono alterare il rapporto. Infine, la formula empirica non dice nulla sulla struttura: isomeri con la stessa formula molecolare possono avere legami e proprietà completamente diversi.