Tipos de fórmulas químicas

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Una fórmula química es una representación simbólica que indica la proporción y tipo de átomos presentes en un compuesto o molécula, utilizando símbolos de los elementos químicos junto con números, subíndices y, en ocasiones, otros signos tipográficos. A diferencia del nombre químico o de la fórmula estructural, la fórmula química no describe de manera completa la disposición espacial de los átomos, pero sí permite expresar de forma concisa la composición básica de una sustancia. Existen distintos tipos, como la fórmula empírica (que muestra la proporción más simple de los átomos), la fórmula molecular (que señala el número exacto de átomos de cada elemento en la molécula) y la fórmula condensada, que puede aportar información parcial sobre los enlaces químicos. Ejemplos comunes son H₂O para el agua o C₆H₁₂O₆ para la glucosa.

La importancia de las fórmulas químicas radica en que constituyen un lenguaje universal para la química, facilitando la comunicación y el análisis de compuestos en todo el mundo. Se emplean en ecuaciones químicas para representar reacciones, permitiendo balancear átomos y cargas eléctricas bajo el principio de conservación de la materia y de la carga. Además, son esenciales para identificar sustancias, comprender sus propiedades, diferenciar isómeros que comparten una misma fórmula molecular pero difieren en estructura, y realizar cálculos estequiométricos en síntesis química e industria. Su uso es amplio, desde la educación y divulgación científica, hasta aplicaciones prácticas en farmacia, ingeniería química, biología molecular y desarrollo de materiales, demostrando que, aunque no muestran toda la complejidad estructural, son herramientas fundamentales en el estudio y la práctica de la química.

Fórmula empírica

Una fórmula empírica en química es la expresión más simple que indica la proporción relativa de los distintos átomos presentes en un compuesto. Representa la relación numérica mínima entre los elementos, sin dar información sobre la estructura, el número exacto de átomos ni la posible existencia de isómeros. Este tipo de fórmulas se utiliza con frecuencia para describir compuestos iónicos (como CaCl₂) y macromoléculas (como SiO₂), ya que en estos casos no tiene sentido hablar de moléculas individuales, sino de relaciones proporcionales entre sus componentes. Su nombre proviene del análisis elemental, una técnica de la química analítica que permite determinar el porcentaje relativo de cada elemento en una sustancia pura y, a partir de esos datos, establecer la proporción atómica.

Por ejemplo, el hexano tiene fórmula molecular C₆H₁₄, y su estructura lineal (n-hexano) se puede representar como CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃. Sin embargo, su fórmula empírica es C₃H₇, lo que refleja únicamente la proporción de carbono e hidrógeno. Otro caso es el del peróxido de hidrógeno, cuya fórmula molecular es H₂O₂, pero su fórmula empírica se reduce a HO, mostrando la relación 1:1 de hidrógeno y oxígeno. Sustancias diferentes como el formaldehído y el ácido acético comparten la misma fórmula empírica, CH₂O, aunque difieren en su número total de átomos y estructura. Por ello, la fórmula empírica es útil para identificar la composición básica de un compuesto, pero resulta limitada para describir su arquitectura molecular completa.

Fórmula molecular

Una fórmula molecular es una representación química que indica el número exacto de átomos de cada elemento presentes en una molécula. A diferencia de la fórmula empírica, que muestra únicamente la proporción mínima de los átomos, la fórmula molecular refleja la cantidad real de átomos que constituyen la molécula. En algunos casos, ambas coinciden, como en el agua (H₂O), cuya proporción mínima y número real de átomos es el mismo. Sin embargo, en moléculas más complejas, estas fórmulas difieren. Por ejemplo, la glucosa tiene como fórmula empírica CH₂O (proporción 1:2:1), mientras que su fórmula molecular es C₆H₁₂O₆, mostrando que la molécula contiene seis átomos de carbono, doce de hidrógeno y seis de oxígeno.

Figura 1. Las fórmulas estructurales representan moléculas con distintos niveles de detalle. Van desde la estructura de Lewis, que muestra electrones y enlaces, hasta fórmulas desarrolladas, condensadas y diagramas de líneas, que simplifican la conectividad. Además, existen modelos tridimensionales como esferas y palos, espaciales y físicos de laboratorio, que permiten visualizar geometría y estereoquímica. Cada tipo aporta una perspectiva complementaria.

Figura 2. En química, además de fórmulas y grafos, se emplean colores para identificar átomos. El sistema CPK, consolidado en el siglo XX, asigna tonos como blanco al hidrógeno, negro al carbono, rojo al oxígeno y azul al nitrógeno. Surgido con Hofmann en 1865 y perfeccionado por Corey, Pauling y Koltun, sigue vigente en modelos físicos y digitales, facilitando comprensión y comunicación científica.

Este tipo de fórmula es especialmente útil porque aporta información cuantitativa más precisa sobre una sustancia, lo que permite conocer mejor su composición y sus posibles reacciones químicas. Determinar una fórmula molecular, sin embargo, suele ser más complejo, ya que requiere técnicas experimentales avanzadas como la espectrometría de masas o el análisis elemental combinado con el peso molecular. Gracias a las fórmulas moleculares, es posible distinguir compuestos con la misma fórmula empírica pero diferente número total de átomos, lo que resulta esencial en el estudio de la química orgánica y en la identificación de sustancias naturales y sintéticas

Fórmula estructural

Una fórmula estructural no solo indica la cantidad de átomos de cada elemento en una molécula, sino también la manera en que estos se organizan y conectan mediante enlaces químicos. Este tipo de representación es mucho más rica que la fórmula molecular, ya que muestra explícitamente la disposición de los átomos y cómo están unidos, permitiendo distinguir compuestos que, pese a compartir la misma fórmula molecular, presentan propiedades muy diferentes. Un ejemplo clásico son los isómeros estructurales, como el butano (C₄H₁₀), que puede representarse tanto en su forma lineal como en su forma ramificada.

Dentro de las fórmulas estructurales existen varios subtipos, según la cantidad de información que se quiera representar. Algunas fórmulas se enfocan únicamente en la conectividad (como las fórmulas condensadas), mientras que otras intentan reflejar aspectos de la tridimensionalidad, como las proyecciones de Fisher, que obligan a observar la molécula desde un punto de vista específico. En todos los casos, las barras de enlace representan enlaces covalentes, sean perfectos o polarizados, mientras que los corchetes pueden utilizarse para representar campos electrostáticos, cuyos superíndices señalan la magnitud y polaridad de la carga en los enlaces iónicos. Para los propósitos de este curso, lo esencial es comprender que cada tipo de fórmula estructural ofrece una herramienta distinta para visualizar y analizar la naturaleza química de las moléculas.

Orgánicos e inorgánicos

Aunque las reglas de formulación química son en esencia las mismas para todas las sustancias, la tradición académica y la IUPAC han distinguido dos grandes grupos: los compuestos inorgánicos, organizados en el llamado Libro Rojo, y los compuestos orgánicos, regulados en el Libro Azul. Esta división no implica que obedezcan a leyes químicas diferentes, sino que responde a la necesidad práctica de clasificar y sistematizar la enorme diversidad de sustancias existentes. A partir de este punto, nos centraremos exclusivamente en las sustancias inorgánicas, siguiendo los lineamientos del Libro Rojo de la IUPAC, que ofrece un marco claro para entender su nomenclatura, propiedades y comportamiento.

Las sustancias inorgánicas poseen características que las diferencian de las orgánicas. En general, se distinguen por un bajo índice de polimerizabilidad, lo que significa que rara vez forman estructuras de gran tamaño o cadenas complejas, a diferencia de los compuestos orgánicos como los polímeros. Además, en la mayoría de los casos —con algunas excepciones notables—, su fórmula empírica coincide con la molecular, lo que facilita enormemente su formulación. Esto permite aplicar directamente la ley de conservación de la carga eléctrica, equilibrando los iones positivos y negativos para obtener compuestos estables. Así, no es necesario considerar factores de escala adicionales que sí son frecuentes en compuestos orgánicos o macromoleculares.

Finalmente, dentro de este vasto conjunto, los compuestos se organizan en lo que denominamos funciones inorgánicas, categorías que condicionan sus propiedades químicas y determinan sus nombres según la nomenclatura clásica y sistemática. Estas funciones incluyen óxidos, hidruros, hidróxidos, ácidos y sales, entre otras, y constituyen familias químicas que comparten comportamientos comunes en reacciones. Reconocer estas funciones no solo facilita el aprendizaje y la clasificación de la química inorgánica, sino que también permite predecir reactividad, aplicaciones industriales y patrones de nomenclatura. En este sentido, el estudio de las funciones inorgánicas representa un puente entre la formulación teórica y la práctica científica aplicada en laboratorios y procesos industriales.

Funciones

En química, una función inorgánica es un átomo o grupo de átomos que otorga a una sustancia un conjunto de propiedades características, lo que permite agruparlas en familias químicas. Esta clasificación facilita su estudio y comprensión, de manera semejante a cómo en biología se organizan las especies dentro de un mismo género. Así como todos los animales del género Panthera comparten fuerza y capacidad depredadora, las sustancias que presentan una misma función inorgánica muestran comportamientos químicos comunes, lo que permite reconocer patrones de reactividad y aplicar una nomenclatura sistemática para nombrarlas con precisión. De este modo, las funciones actúan como un marco conceptual para organizar la vasta diversidad de compuestos inorgánicos.

Las principales funciones inorgánicas se clasifican en varias familias. Los hidruros son combinaciones binarias del hidrógeno con metales o no metales, destacando por su versatilidad en la reactividad. Los óxidos resultan de la unión del oxígeno con otro elemento, pudiendo ser óxidos básicos, ácidos o anfóteros, según sus propiedades químicas. Los hidróxidos, que contienen el grupo OH⁻, se caracterizan por ser bases capaces de neutralizar ácidos. Los ácidos propiamente dichos liberan iones H⁺ en solución, como el ácido clorhídrico (HCl) o el ácido sulfúrico (H₂SO₄), ampliamente utilizados en procesos industriales. Finalmente, las sales se forman a partir de la neutralización entre un ácido y una base, presentando gran variedad de combinaciones de cationes y aniones. Existen también funciones particulares como los cianuros (−CN), con gran importancia en la industria minera y en síntesis química.

El estudio de estas funciones va acompañado de un sistema de nomenclatura clásica, que utiliza prefijos, sufijos y números de valencia para identificar con claridad cada sustancia. Comprender estas reglas no solo permite nombrar los compuestos, sino también predecir sus propiedades y aplicaciones prácticas, desde la obtención de materiales de construcción hasta la síntesis de medicamentos o fertilizantes. Reconocer y clasificar las funciones inorgánicas, por tanto, constituye una herramienta esencial para entender la organización interna de la química inorgánica y para relacionar la estructura de una sustancia con su comportamiento en reacciones químicas.

Referencias

Brown, T. L., LeMay, H. E. Jr., Bursten, B. E., Murphy, C. J., & Woodward, P. M. (2022). Chemistry: The Central Science (15th ed., AP Edition). Pearson Savvas Higher Education.

Chang, R., & Overby, J. (2010). Chemistry (10th ed., AP Edition). McGraw Hill.