Formula chimica: cos'è e come si legge

Simboli e indici

Una formula chimica è una scrittura sintetica che elenca gli atomi presenti in una sostanza. Ogni elemento compare con il suo simbolo, quello che si trova nella tavola periodica, e subito dopo, in basso, un numero intero ne indica la quantità. Quel numero è l’indice. Se l’atomo è uno solo l’indice si omette: l’acqua si scrive H2O, con due atomi di idrogeno e uno di ossigeno, e nessuno scrive H2O1. Per l’anidride carbonica, CO2, vale la stessa regola. In realtà “formula chimica” indica una famiglia di notazioni, che dicono di cosa è fatto un composto e, in alcuni tipi, anche come.

Esempio pratico: per leggere H2SO4 si va da sinistra a destra. H2 sono due atomi di idrogeno, S è un atomo di zolfo con l’indice 1 omesso, O4 sono quattro atomi di ossigeno.

Formula minima, molecolare e di struttura

Lo stesso composto si può descrivere a tre livelli di dettaglio, e la tabella li mette in fila. La formula molecolare è sempre un multiplo intero della minima, detta anche empirica, e quella di struttura aggiunge i collegamenti tra gli atomi.

Nel glucosio il rapporto tra carbonio, idrogeno e ossigeno è 1 a 2 a 1, quindi la formula minima è CH2O. La formula molecolare, C6H12O6, è quella registrata da PubChem. Risalire dalla minima alla molecolare richiede un dato in più, il peso molecolare.

Esempio pratico: la formula molecolare del butano è C4H10. Dividendo gli indici per due si ottiene C2H5, la formula empirica, cioè il rapporto minimo tra gli atomi. La molecola contiene due volte quell’unità, ma la formula empirica da sola non lo direbbe.

Quando la formula molecolare non basta

L’etanolo e l’etere dimetilico sono due composti diversi. PubChem registra per entrambi la stessa formula molecolare, C2H6O, e la loro formula empirica coincide. Il nome isomeri indica proprio i composti con la stessa formula chimica e strutture diverse. Per una coppia così la formula molecolare non basta; serve quella di struttura, che registra i legami tra gli atomi. Per questo le formule condensate dei due composti risultano diverse anche se il conteggio degli atomi è identico.

I composti ionici

I composti ionici non contengono molecole distinte, quindi la loro composizione si indica con la formula empirica, che in questo caso è anche quella standard. CaCl2 ne è un esempio. Nel cloruro di sodio gli ioni Na+ e Cl− sono in rapporto 1 a 1, e NaCl scrive questo rapporto.

Il raggruppamento minimo rappresentato dalla formula empirica si chiama formula unitaria. Vale per i composti ionici e per quelli covalenti. Anche certe macromolecole, come SiO2, hanno come formula standard quella empirica.

L’ordine di Hill

Nei database chimici può capitare di trovare H2O4S al posto di H2SO4. Dipende dall’ordine di Hill: nei composti del carbonio si scrivono prima il carbonio e poi l’idrogeno, mentre in quelli senza carbonio tutti gli elementi, idrogeno compreso, seguono l’ordine alfabetico. PubChem registra così l’acido solforico come H2O4S e il cloruro di sodio come ClNa, mentre la scrittura comune è H2SO4 e NaCl.