Formula minima e molecolare – Esercizi svolti

Questa guida illustra l’approccio migliore per completare degli esercizi sulla formula minima e molecolare.

Esercizio 1. Un composto è formato al 5,9% di H e al 94,0% di O. Il peso molecolare è di 34,10 uma. Calcolare la formula minima e molecolare di tale composto.

Come primo step dobbiamo considerare le percentuali in peso di tale composto. Notiamo subito che la somma delle percentuali ci restituisce il 100% (arrotondiamo per eccesso il 99,9%). È lecito considerare il nostro 100% come 100 g di composto. Di questi, 5,9 g appartengono all’idrogeno e 94 g all’ossigeno. Possiamo dunque calcolare il numero di moli dei due elementi:

n(H)  = 5,9 (g) / 1 ,0079 (g/mol) = 5,85 mol

n(O)  = 94 (g) / 16,0(g/mol) = 5,87 mol

Per sapere in che rapporto minimo sono i due elementi nella formula minima, bisogna dividere entrambe le moli per il valore minore tra i due: 5,85 mol. Otteniamo:

H  = 5,85 (mol) / 5,85 (mol) = 1

O  = 5,87 (mol) / 5,85 (mol) = 1    (approssimato)

Pertanto idrogeno e ossigeno sono in rapporto minimo 1:1. La formula minima è: HO. Per trovare la formula molecolare bisogna moltiplicare la formula minima per un coefficiente. Quest’ultimo si calcola sfruttando il peso molecolare fornitoci dal problema:

coeff. = Peso molecolare / Peso formula minima = 34,10 / 17,00 (somma dei pesi atomici di idrogeno e ossigeno) → coeff. = 2

Formula molecolare = (HO)₂ = H₂O₂

Esercizio 2. Calcolare la formula di un composto che è costituito da: 12,84% Na, 8,66% P, 7,03% H, 71,47% O, 60,35% H₂O.

In secondo luogo notiamo che la somma delle percentuali in peso degli elementi restituisce il 100%: facciamoli corrispondere a 100 g di composto. Nel sommare le percentuali bisogna ricordare che l’acqua non è un elemento, ma una molecola composta da atomi di elementi diversi; per questo motivo essa non rientra direttamente nel calcolo percentuale. Tuttavia, le percentuali di acqua, idrogeno e ossigeno sono strettamente legate tra loro e devono essere trattate da parte per giungere ad una soluzione corretta. Iniziamo a calcolare il numero di moli:

n(Na) = 0,558 mol

n(P) = 0,280 mol

n(H) = 6,97 mol

n(O)= 4,46 mol

n(H₂O)= 3,35 mol

Ora individuiamo il numero minore di moli (0,280 mol) e troviamo i rapporti minimi di tutte le specie chimiche:

Na = 2

P = 1

O = 16

H = 25

H₂O = 12

Tali coefficienti si riferiscono al numero totale di atomi delle varie specie chimiche presenti nella nostra formula. Dobbiamo ricordare, però, che esiste una relazione tra idrogeno, ossigeno ed acqua: due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno si uniscono per formare una molecola d’acqua. È evidente che avendo a disposizione 16 atomi di ossigeno e 25 di idrogeno dobbiamo sottrarre a questi gli atomi che hanno formato le 12 molecole d’acqua!

In altre parole, mentre il coefficiente dell’H₂O è presto determinato dal rapporto minimo, per conoscere i coefficienti di H ed O, che corrispondono agli atomi presenti nella formula non sotto forma d’acqua, dobbiamo sapere:

numero di H che formano 12 molecole di H₂O = 12 x 2 = 24 atomi

numero di O che formano 12 molecole H₂O = 12 x 1 = 12 atomi

e poi:

numero atomi H restanti = numero totale H – numero di H che formano H₂O = 25 – 24 = 1

numero atomi O restanti = numero totale O – numero di O che formano H₂O = 16 – 12 = 4

Dunque:

O  = 4

H = 1

A questo punto possiamo scrivere la formula minima del composto: