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empre que nos referimos a uma espécie química devemos usar a simbo-logia adequada que represente claramente o que se quer tratar. Para os elementos, usamos os símbolos químicos, abreviação contendo até duas letras, do nome em latim ou grego. Para representar a composição química das substâncias, são utilizados os símblolos químicos dos elementos, constituindo a linguagem química do composto. E, para os compostos ou substâncias, de qualquer natureza, usamos as fórmulas químicas.A fórmula é um símbolo único ou um grupo de símbolos que rerpesenta a composição de uma substância. Os símbolos numa fórmula identificam os elementos presentes na substância. Exemplos:
• KCl é a fórmula da substância cloreto de sódio (sal), que identifica os ele-mentos K (potássio) e Cl (cloro) como constituintes da referida substância.
A fórmula de KCl indica também a presença de números iguais de átomos dos elementos K e Cl;
• no caso da água, fórmula H2O, indica que o composto ou a molécula con-tém 2 átomos de H (hidrogênio) e 1 átomo de O (oxigênio);
• a fórmula do sulfato de alumínio, Al2(SO4)3, especifica: (i) cada grupo sulfato contém 1 átomo de S e 4 de O; (ii) contém 2 átomos de Al para cada grupo de sulfato, SO4; e (iii) a fórmula Al2(SO4)3 mostra o total de 2 átomos de Al (alumínio), 3 átomos de S (enxofre) e 12 de O (oxigênio).
Assim, na escrita da fórmula química de um composto ou de uma subs-tância química, são colocados os símbolos dos elementos químicos constituin-tes desse composto, seguidos individualmente por números subescritos (ex-ceto no caso em que for o número 1), indicando a quantidade relativa ou a proporção molar ou atômica de cada elemento presente na substância.
Com o avanço da Química, a fórmula também pode representar o tipo de ligação química que ocorre entre os átomos formadores da substância. Para isso, há alguns tipos de representações adequadas que veremos em sequência.
12.1. Fórmula molecular
Indica o numero real de átomos de uma molécula. Mas não indica as liga-ções entre esses átomos e a distribuição eletrônica em tais ligaliga-ções. Por exem-plo, a fórmula molecular de H2O indica exatamente a presença de 2 átomos de H e 1 de O.
A carga em um átomo particular pode ser representada com um sobres-crito do lado direito. Por exemplo, Na+ ou Cu2+. A carga total em uma molécu-la ou em um íon poliatômico pode também ser mostrada dessa maneira. Por exemplo: carbonato (CO32-) ou sulfato (SO42-).
Muitos compostos não contêm moléculas e sim partículas denominadas íons. Estes são átomos ou grupos de átomos eletricamente carregados ou apre-sentam carga, por exemplo, K+Cl-.
Para íons mais complexos, os colchetes [ ] são usados frequentemente para incluir a fórmula iônica, como do dodecarborato [B12H12]2-. Os parênteses ( ) podem ser agrupados dentro dos colchetes para indicar uma unidade repetida, como [Co(NH3)6]3+. Aqui, (NH3)6 indica que o íon contem seis grupos NH3, e os colchetes [ ] incluem a fórmula inteira do íon com a carga +3.
Para a construção da fórmula molecular dos compostos inorgânicos, em geral, associa-se os constituintes dos compostos de acordo com a classe a que pertencem, a saber:
• Óxidos iônico ou molecular: são compostos binários formados por oxigê-nio e outro elemento químico. A fórmula exibe o oxigêoxigê-nio precedido pelo símbolo do outro elemento. Exemplos: MgO, CO, SiO2.
• Ácidos: a fórmula é constituída pelo hidrogênio seguido do não metal, ou de um grupo aniônico. Exemplos: HCl, H2SO4.
• Hidróxidos: a fórmula é constituida pelo cátion metálico precedendo o íon hidróxido. Exemplos: Mg(OH)2, Al(OH)3.
• Sais: a fórmula exibe o cátion seguido pelo ânion. Exemplos: KCl, ZnBr2, PbCO3, FeCl3.6H2O.
• Hidretos: a fórmula exibe o cátion seguido pelo íon hidreto. Exemplos:
NaH, BeH2.
A fórmula dos compostos orgânicos, como dos inorgânicos, deve con-templar todos os átomos que constituem o composto: os átomos da cadeia de hidrocarbonetos, todas as ramificações e grupos funcionais presentes. No entanto, em alguns casos a fórmula molecular não está relacionada a uma única substância.
Veja a seguinte fórmula molecular: C3H6O. A partir dela, pode-se concluir que em 1 mol dessa substância existem 3 mols de átomos de carbono, 6 de hidrogênio e 1 de oxigênio. Porém, não podemos saber a qual substância ela se refere, porque duas substâncias possuem essa fórmula:
Uma cetona: propanona (dimetilcetona ou acetona) (H3C – CO – CH3).
Um aldeído: propanal (propaldeído) (H3C – CH2 – CHO).
Pode-se observar que a fórmula molecular pode não determinar a substância, principalmente na química orgânica. Porém, ela pode ser muito útil quando se deseja simplificar equações de reações químicas.
Fórmulas mais completas que a molecular e, também, mais utilizadas na Química Orgânica, são a fórmula estrutural e a fórmula eletrônica ou de Lewis.
12.2. Fórmula estrutural
Denominada, também, de fórmula de Couper. Representa todos os áto-mos do composto e suas ligações. Há dois tipos de fórmula estrutural, a com-pleta e a condensada.
Completa: apresenta todos os átomos do composto, o tipo de ligação entre eles (simples, dupla ou tripla), indicado por traços ou linhas, além de mostrar o grupo funcional, desenhado de forma não linear e apresentando cada átomo de cada elemento, e como se ligam entre si.
propanal
Condensada: apresenta de forma linear, colocando os símbolos dos elementos com subscrito relativo, na sequência correta do composto ou substância quími-ca, como podem ser vistas as fórmulas condensadas de propanona e propanal:
propanona (dimetilcetona ou acetona): H3C – CO – CH3 propanal (propaldeído): H3C – CH2 – CHO
Condensada linear: nesse caso, a fórmula é apresentada na forma de segmento de retas (linhas), nos quais os carbonos e os hidrogênios liga-dos a eles ficam subentendiliga-dos (cada extremidade da linha subtende-se ter um átomo de carbono, como cada átomo de carbono pode ter 4 ligações, quando não especificado deve ser subentendido ter ligações com átomo de H, completando as quatro ligações). Os heteroátomos são representados, assim como grupos funcionais, quando necessários.
propanal
H O
propanona
O
12.3. Fórmulas eletrônica ou de Lewis
A fórmula eletrônica ou representação de Lewis é um tipo mais completa, mesmo que não muito utilizada, pois exige muito tempo para ser elaborada.
Representa todos os elétrons da última camada de cada átomo, bem como cada ligação (covalente simples, covalente dativa e iônica). Tal fórmula tem fun-damento segundo a regra do octeto: cada átomo necessita ter a última camada de valência (elétrons) completa.
Representação de Lewis para o elemento químico: a representação dos elétrons da última camada do átomo é dada pelo símbolo (●), ao redor do sím-bolo do elemento químico.
Hidrogênio – 1 elétron na última camada eletrônica
H
Hélio – 2 elétrons na última camada eletrônica
He
Oxigênio – 6 elétrons na última camada eletrônica
O
Representação de Lewis para o composto: para a representação de compostos, é utilizado a sua fórmula estrutural completa, em que os elétrons são mostrados na forma de pontos colocados na extremidade de cada traço que representa a ligação estabelecida entre os átomos. Podemos ter ligaçao simples (-), ligação dupla (=) e ligação tripla (
≡ ).
Nesse tipo de representação não são colocados os elétrons que não estabelecem ligações químicas entre os átomos.- Composto iônico, ligações iônicas.
A fórmula empírica de uma substância química é a expressão mais sim-ples do número relativo de cada tipo de átomo ou da relação dos elementos no composto. Por exemplo, a fórmula molecular da água é H2O, e a empírica é também H2O, visto que a razão mais simples é 1 H para 2 O. No caso do benze-no, a fórmula molecular C6H6 indica a relação de 6 átomos de C para 6 de H e a relação mais simples é 1 de C para 1 de H. Portanto, para o benzeno a fórmula empírica é CH. Uma fórmula empírica não faz nenhuma referência a [ref. 23]
isomerismo, estrutura, ou número absoluto dos átomos.
Outro exemplo: o hexano tem uma fórmula molecular de C6H14, ou es-trutural CH3 − CH2 − CH2 − CH2 − CH2 − CH3, implicando ter uma estrutura de cadeia de 6 átomos de carbono, e 14 átomos de hidrogênio. A fórmula empírica para o hexano é C3H7, que indica relação de 3 C para 7 H. Do mesmo modo, a fórmula empírica para peróxido de hidrogênio, H2O2, é simplesmente HO, que expressa a relação de 1:1 de elementos componentes.
12.5. Outras representações importantes numa fórmula química
Polímeros
Polímero constitui repetição de uma unidade de estrutura molecular, por exemplo: uma molécula orgânica que é descrita pela fórmula CH3(CH2)50CH3. Ela indica uma molécula com 50 unidades de CH2 repetidas.
No caso do composto ter repetições de unidades (por exemplo, CH2), e o número de unidades repetitivas for desconhecido ou variável, a letra n pode ser usada como indicativo: CH3(CH2)nCH3.
Isótopos
Para falarmos sobre isótopos, precisamos mencionar o número de massa (A) e o número atômico (Z). Número de massa corresponde à soma do número de prótons e nêutrons de um determinado átomo. E o número atômico corres-ponde à quantidade de prótons no núcleo de um determinado átomo. Átomos com mesmo número atômico correspondem ao mesmo elemento químico. A representação de Z e A de um determinado átomo é: Z XA ou ZAX.
Isótopos são átomos que exibem propriedades químicas idênticas, mas que diferem no número de massa, ou seja, átomos contendo igual número atô-mico e diferentes números de massa são isótopos entre si. Os átomos podem ser classificados em radioativos (que em geral são mais instáveis) e não radioa-tivos. Por exemplo:
1H1, denominado de prótio, é o mais abundante na natureza (99,9%) e o mais estável;
2H1, denominado de deutério, presente em cerca de 0,017% na natureza, é isótopo radioativo e é utlizado na fabricação das bombas de hidrogênio;
3H1, denominado trítio, ocorre em quantidades menores e também é ra-dioativo.
Outros tipos de isótopos radioativos e sua aplicação:
235U92 – usado para construir reatores nucleares e bombas atômicas.
60Co27 – utilizado no tratamento de tumores.
14C6 – está presente numa proporção constante nos seres vivos. Pelo seu tempo de meia-vida (~5600 anos) é utilizado para verificar a provável época do cadáver ou do fóssil animal e vegetal.
Os compostos, em sua constituição, também podem conter isótopo ra-dioativo. Nesse caso, esse isótopo deve ser mencionado na fórmula. Por exem-plo: o íon fosfato que contem fósforo-32 radioativo deve ser escrito como:
32PO43-.
Ao escrever equações para as reações nucleares, a indicação correta do isótopo é muito importante para mostrar claramente as variações que ocorrem durante o processo.