Una formula chimica presenta informazioni sulle proporzioni degli atomi che costituiscono un particolare composto chimico o molecola, utilizzando principalmente simboli di elementi e numeri. A volte vengono utilizzati anche altri simboli, come trattini, parentesi, parentesi quadre, virgole, segni più e meno. Una formula chimica può essere uno dei tre tipi: molecolare, empirica e strutturale.
La formula molecolare rappresenta una molecola o un composto chimico usando simboli chimici (per indicare i tipi di atomi) e numeri di pedice (per mostrare il numero di atomi di ogni tipo nella molecola). Le formule molecolari sono anche usate come abbreviazioni per i nomi dei composti.
Alcuni elementi sono costituiti da atomi singoli discreti, come i gas nobili elio, neon e argon. Tali elementi sono chiamati gas monatomici e hanno formule molecolari Rispettivamente He, Ne e Ar. Esistono pochi elementi come molecole fatte di due o più atomi chimicamente legati dello stesso elemento. Ad esempio, elementi come idrogeno, ossigeno e azoto esistono come molecole biatomiche contenenti due atomi ciascuno e quindi hanno rispettivamente le formule molecolari H2, O2e N2. Allo stesso modo, elementi come fosforo e zolfo esistono come molecole poliatomiche con formule molecolari P4 e S8, rispettivamente.
È importante notare che un pedice che segue un simbolo e un numero davanti a un simbolo non rappresenta la stessa cosa; ad esempio, H2 e 2H rappresentano specie distintamente diverse. H2 è una formula molecolare; rappresenta una molecola biatomica di idrogeno, costituita da due atomi dell’elemento che sono chimicamente legati insieme. L’espressione 2H, d’altra parte, indica due atomi di idrogeno separati che non sono combinati come unità. L’espressione 2H2 rappresenta due molecole di idrogeno biatomico.
I composti si formano quando due o più elementi si combinano chimicamente, con conseguente formazione di legami. Ad esempio, idrogeno e ossigeno possono reagire per formare acqua, e sodio e cloro possono reagire formando cloruro di sodio o sale da tavola. A volte descriviamo la composizione di questi composti con una formula empirica, che indica i tipi di atomi presenti e il più semplice rapporto numero intero del numero di atomi (o ioni) nel composto. Ad esempio, il biossido di titanio (usato come pigmento nella vernice bianca e nel tipo di protezione solare spessa, bianca e bloccante) ha una formula empirica di TiO2. Questo identifica gli elementi titanio (Ti) e ossigeno (O) come costituenti del biossido di titanio e indica la presenza del doppio degli atomi dell’elemento ossigeno rispetto agli atomi dell’elemento titanio.
In molti casi, la formula molecolare di una sostanza deriva da una determinazione sperimentale sia della sua formula empirica che della sua massa molecolare (la somma delle masse atomiche per tutti gli atomi che compongono la molecola). Ad esempio, si può determinare sperimentalmente che il benzene contiene due elementi, carbonio (C) e idrogeno (H), e che per ogni atomo di carbonio nel benzene, c’è un atomo di idrogeno. Quindi, la formula empirica è CH. Una determinazione sperimentale della massa molecolare rivela che una molecola di benzene contiene sei atomi di carbonio e sei atomi di idrogeno, quindi la formula molecolare per il benzene è C6H6.
La formula strutturale per un composto fornisce le stesse informazioni della sua formula molecolare (i tipi e i numeri di atomi nella molecola) ma mostra anche come gli atomi sono collegati nella molecola. In altre parole, la formula strutturale rappresenta graficamente la struttura molecolare di un composto. Mostra la probabile disposizione degli atomi e come gli atomi sono collegati nello spazio tridimensionale reale, dando maggiori informazioni sulla geometria molecolare. Le linee sono usate per rappresentare i legami presenti tra gli atomi. La formula può anche rappresentare gli angoli di legame approssimativi, dando un senso della forma della molecola.
Questo testo è adattato da Openstax Chemistry 2e, Sezione 2.4: Formule chimiche.
