Fórmulas químicas: o que cai no ENEM e nos vestibulares

Resumo rápido

A fórmula química diz do que uma substância é feita e em que proporção os seus átomos aparecem. É um tema ♨️ Morno no ENEM e nos vestibulares, presente nos rótulos, nas equações e na estequiometria. Em \( \text{H}_2\text{O} \), cada molécula de água tem 2 hidrogênios e 1 oxigênio. Em \( \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \), a glicose, são 6 carbonos, 12 hidrogênios e 6 oxigênios.

Cada tipo de fórmula conta uma parte da história: a molecular dá o número real de átomos por molécula; a mínima dá só a menor proporção; a estrutural mostra as ligações; a percentual dá a porcentagem em massa de cada elemento. A seguir, você aprende cada uma e como descobrir a fórmula de um composto com dados de laboratório.

O que é uma fórmula química

A fórmula usa símbolos dos elementos e índices, os números pequenos, para indicar a composição. No \( \text{NaCl} \), o sal de cozinha, há 1 sódio para 1 cloro — o índice 1 não aparece escrito. No \( \text{CO}_2 \), há 1 carbono para 2 oxigênios. No \( \text{CaCO}_3 \), o carbonato de cálcio do calcário, há 1 cálcio, 1 carbono e 3 oxigênios. É como a lista de ingredientes de uma receita: diz do que é feito, mas não mostra como é montado.

Em compostos iônicos, como o \( \text{NaCl} \), a fórmula indica a proporção entre os íons no cristal, não uma molécula isolada. Em compostos moleculares, como a água, ela indica a composição de cada molécula.

Fórmula molecular

A fórmula molecular indica o número real de átomos por molécula. A glicose é \( \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \). A água oxigenada é \( \text{H}_2\text{O}_2 \), e não \( \text{HO} \), como a proporção simplificada sugeriria. O etanol, o álcool comum, é \( \text{C}_2\text{H}_6\text{O} \): dividindo por 2, chega-se a \( \text{CH}_3\text{O} \), que é só a proporção mínima, não a molécula. Para achar a fórmula molecular, é preciso conhecer também a massa molar.

Fórmula mínima ou empírica

A fórmula mínima é a menor proporção em números inteiros entre os átomos, obtida dividindo os índices pelo maior divisor comum. A glicose, \( \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \), tem mínima \( \text{CH}_2\text{O} \). O benzeno, \( \text{C}_6\text{H}_6 \), tem mínima \( \text{CH} \). Ela é a primeira que se determina em laboratório, mas sozinha não identifica a substância: o etino (\( \text{C}_2\text{H}_2 \)) e o benzeno têm a mesma mínima, \( \text{CH} \), e são substâncias diferentes, com massas molares diferentes.

Fórmula estrutural

A fórmula estrutural mostra como os átomos estão ligados, com traços para as ligações. O etanol e o éter dimetílico, ambos \( \text{C}_2\text{H}_6\text{O} \), são diferentes porque, no etanol, o oxigênio fica na ponta da cadeia, e, no éter, fica no meio, ligando os dois carbonos. Por isso têm cheiro e ponto de ebulição diferentes. Compostos com a mesma fórmula molecular e estruturas diferentes chamam-se isômeros.

Fórmula percentual

A fórmula percentual indica a porcentagem em massa de cada elemento em 100 g do composto — é o que aparece, de forma indireta, nos rótulos de alimentos quando informam o teor de ferro ou cálcio. Basta dividir a massa de cada elemento pela massa molar e multiplicar por 100. Na água (18 g/mol): hidrogênio \( (2 \div 18) \times 100 = 11,1\% \) e oxigênio \( (16 \div 18) \times 100 = 88,9\% \). Na glicose (180 g/mol): carbono 40,0%, hidrogênio 6,7% e oxigênio 53,3%.

Como determinar a fórmula a partir de dados experimentais

Passo a passo: divida cada massa ou porcentagem pela massa molar do elemento, para achar a quantidade em mol; divida todos os valores pelo menor deles; se algum não for inteiro, multiplique todos por 2, 3 ou 4; escreva a fórmula com esses números.

Exemplo 1. Um composto tem 40,0% de C, 6,7% de H e 53,3% de O. Em 100 g: C: \( 40,0 \div 12 = 3,33 \) mol; H: \( 6,7 \div 1 = 6,7 \) mol; O: \( 53,3 \div 16 = 3,33 \) mol. Dividindo por 3,33: 1 : 2 : 1. Fórmula mínima: \( \text{CH}_2\text{O} \).

Exemplo 2. Se esse composto tem massa molar de 180 g/mol, sua fórmula molecular é \( \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \), a glicose, pois a massa da mínima é 30 g/mol e \( 180 \div 30 = 6 \). Se a massa fosse 60 g/mol, o fator seria 2 e a fórmula, \( \text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2 \), o ácido acético do vinagre.

Exemplo 3. Na combustão de 4,6 g de um composto de C, H e O, formam-se 8,8 g de \( \text{CO}_2 \) e 5,4 g de \( \text{H}_2\text{O} \). Carbono: \( 8,8 \div 44 = 0,2 \) mol. Hidrogênio: \( 5,4 \div 18 = 0,3 \) mol de água, ou 0,6 mol de H. Oxigênio: \( 4,6 – 2,4 – 0,6 = 1,6 \) g, ou \( 1,6 \div 16 = 0,1 \) mol. Proporção 0,2 : 0,6 : 0,1 = 2 : 6 : 1. Fórmula mínima: \( \text{C}_2\text{H}_6\text{O} \), o etanol.

Tabelas comparativas

Mapa mental

• Fórmulas químicas
  • Definição: símbolos + índices indicam a composição da substância
  • Molecular: número real de átomos por molécula, ex.: \( \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \)
  • Mínima (empírica): menor proporção inteira, ex.: \( \text{CH}_2\text{O} \) para a glicose
  • Estrutural: mostra as ligações; mesma fórmula molecular pode dar isômeros
  • Percentual: porcentagem em massa de cada elemento em 100 g do composto
  • Determinação: massa ou % → mol → dividir pelo menor → multiplicar até ficar inteiro
  • Da mínima à molecular: fator = massa molar real ÷ massa da fórmula mínima
  • Exemplos: \( \text{H}_2\text{O} \), \( \text{NaCl} \), \( \text{CO}_2 \), \( \text{C}_2\text{H}_6\text{O} \), \( \text{C}_6\text{H}_6 \)

SAQ — Perguntas e respostas curtas

1. O que indica a fórmula molecular? O número real de átomos de cada elemento em cada molécula.

2. O que é a fórmula mínima? A menor proporção em números inteiros entre os átomos do composto.

3. Qual é a fórmula mínima da glicose? \( \text{CH}_2\text{O} \), pois 6, 12 e 6 são divisíveis por 6.

4. O que a estrutural mostra que a molecular não mostra? Como os átomos estão ligados, distinguindo isômeros.

5. O que é a fórmula percentual? A porcentagem em massa de cada elemento em 100 g do composto.

6. Como passar da mínima para a molecular? Divida a massa molar real pela massa da mínima e multiplique os índices por esse fator.

7. Por que dois compostos podem ter a mesma mínima e ser diferentes? Porque a mínima mostra só a proporção; massa molar e estrutura os diferenciam.

Questões comentadas

Questão 1. Um composto tem 40,0% de C, 6,7% de H e 53,3% de O, em massa. Sua fórmula mínima é:
a) \( \text{CHO} \). b) \( \text{CH}_2\text{O} \). c) \( \text{C}_2\text{H}_6\text{O} \). d) \( \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \). e) \( \text{CH}_4\text{O} \).
Gabarito: B. Em 100 g há 3,33 mol de C, 6,7 mol de H e 3,33 mol de O; dividindo pelo menor, obtém-se 1 : 2 : 1.

Questão 2. Um composto de mínima \( \text{CH}_2\text{O} \) tem massa molar de 60 g/mol. Sua fórmula molecular é:
a) \( \text{CH}_2\text{O} \). b) \( \text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2 \). c) \( \text{C}_3\text{H}_6\text{O}_3 \). d) \( \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \). e) \( \text{C}_2\text{H}_6\text{O} \).
Gabarito: B. A massa da mínima é 30 g/mol; \( 60 \div 30 = 2 \), então os índices dobram: \( \text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2 \), o ácido acético do vinagre.

Questão 3. Etanol e éter dimetílico têm fórmula \( \text{C}_2\text{H}_6\text{O} \), mas são substâncias diferentes, porque:
a) têm mínimas diferentes. b) têm massas molares diferentes. c) são isômeros, com átomos ligados de maneiras diferentes. d) um é iônico. e) têm percentuais diferentes.
Gabarito: C. A fórmula molecular é igual, mas a estrutura difere: no etanol o oxigênio fica na ponta; no éter, entre os dois carbonos.

Questão 4. Na água, \( \text{H}_2\text{O} \), a porcentagem em massa de hidrogênio é, aproximadamente:
a) 5,5%. b) 11,1%. c) 33,3%. d) 50,0%. e) 88,9%.
Gabarito: B. São 2 g em 18 g, e \( (2 \div 18) \times 100 = 11,1\% \); 88,9% é o oxigênio.

Questão 5. Benzeno (\( \text{C}_6\text{H}_6 \)) e etino (\( \text{C}_2\text{H}_2 \)) têm em comum:
a) a fórmula molecular. b) a estrutural. c) a mínima, \( \text{CH} \). d) o ponto de ebulição. e) a massa molar.
Gabarito: C. Ambos chegam a \( \text{CH} \) ao dividir os índices; moleculares, estruturas e massas molares diferem.

Dica do professor

Siga a ordem: massa ou porcentagem vira mol, mol vira proporção dividindo pelo menor, proporção vira fórmula mínima. Só depois use a massa molar para a molecular. Se sobrar 1,5, multiplique por 2; se sobrar 1,33, multiplique por 3.

Atenção / cuidado

• Não confunda mínima com molecular: \( \text{CH}_2\text{O} \) é a proporção; \( \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \) é a glicose.
• Na combustão, cada mol de \( \text{H}_2\text{O} \) tem 2 mol de H, não 1.
• Desconte as massas de carbono e hidrogênio para achar a de oxigênio.
• Em compostos iônicos, como o \( \text{NaCl} \), a fórmula indica proporção entre íons, não uma molécula isolada.

Conexão com outras áreas

Biologia: glicose no sangue, fotossíntese e respiração celular. Matemática: proporções e divisão por massas molares. Geografia: o \( \text{CO}_2 \) e o efeito estufa, e o \( \text{CaCO}_3 \) das rochas calcárias. Continue com os sais, os óxidos e a distribuição eletrônica, além de ENEM e vestibular.

Incidência: ♨️ Morno — cai com frequência no ENEM e nos vestibulares. Matéria: Química 1 | Subdisciplina: Estequiometria | Tema: Fórmulas químicas.