Leggere le formule chimiche

Etanolo e dimetiletere hanno entrambi la formula C₂H₆O, eppure il primo si trova nelle bevande e il secondo è un gas usato come combustibile.

Una formula chimica è una frase breve scritta con i simboli degli elementi. H₂O, CO₂ e NaCl racchiudono molte informazioni in pochi caratteri: quali elementi ci sono, in che rapporto e spesso come sono collegati gli atomi. Leggere le formule con scioltezza rende più facile ogni altra parte della chimica, dal bilanciamento delle reazioni al calcolo di quanta sostanza serve.

Simboli e pedici

Ogni simbolo rappresenta un atomo di quell'elemento. Un numero piccolo scritto in basso a destra, il pedice, indica quanti atomi ci sono dell'elemento subito prima. Nessun pedice significa uno. Quindi H₂O è due atomi di idrogeno e uno di ossigeno; CO₂ è un carbonio e due ossigeni; CH₄ è un carbonio e quattro idrogeni. Attenzione alle maiuscole: Co è il cobalto, ma CO è il monossido di carbonio, un carbonio e un ossigeno.

Le parentesi raggruppano atomi che vanno insieme. L'idrossido di calcio è Ca(OH)₂: il pedice dopo la parentesi moltiplica tutto ciò che c'è dentro, quindi ci sono un calcio, due ossigeni e due idrogeni. Un numero grande scritto davanti a una formula, il coefficiente, conta unità intere. 2H₂O significa due molecole d'acqua, che insieme contengono quattro atomi di idrogeno e due di ossigeno.

Formule molecolari, ioniche e di struttura

Per una molecola covalente la formula indica il numero reale di ogni atomo in una molecola: il glucosio è C₆H₁₂O₆, sei carboni, dodici idrogeni e sei ossigeni. Per un composto ionico come NaCl o MgCl₂ indica solo il rapporto tra gli ioni nel reticolo, perché non ci sono molecole separate. Una formula molecolare non mostra come sono collegati gli atomi, e questo può contare moltissimo. Etanolo e dimetiletere sono entrambi C₂H₆O. Nell'etanolo l'ossigeno sta in fondo con un idrogeno attaccato, C-C-O-H; nel dimetiletere sta tra i carboni, C-O-C.

Per questo i chimici scrivono anche formule condensate come CH₃CH₂OH o C₂H₅OH per l'etanolo, che suggeriscono l'ordine degli atomi, e disegnano formule di struttura con una linea per ogni legame. L'etanolo è un liquido che bolle a circa 78 °C e si mescola con l'acqua, in parte perché il suo gruppo O-H può formare legami a idrogeno. Il dimetiletere non ha un gruppo O-H ed è un gas a temperatura ambiente.

Anche i nomi seguono la formula. Nei semplici composti covalenti di due elementi, prefissi greci contano gli atomi: mono per 1, di per 2, tri per 3, tetra per 4. CO è il monossido di carbonio e CO₂ il diossido di carbonio, e N₂O₄ è il tetrossido di diazoto. I nomi coreani contano gli atomi allo stesso modo con i numeri sino-coreani. I composti ionici non usano prefissi, perché le cariche fissano già il rapporto: in inglese si nomina prima il metallo e poi il non metallo con la desinenza -ide, mentre in italiano si parte dal non metallo con la desinenza -uro o dall'ossido, come in cloruro di sodio e ossido di magnesio. Acqua, ammoniaca e metano mantengono i loro nomi tradizionali.

Dalla formula alla massa

Somma le masse atomiche di una formula e ottieni la sua massa molare, la massa in grammi di una mole della sostanza. Con i valori IUPAC del 2024, l'acqua fa 2 × 1.008 + 15.999 = 18.015 g/mol. Il diossido di carbonio fa 12.011 + 2 × 15.999 = 44.009 g/mol. Il cloruro di sodio fa 22.990 + 35.45 = 58.44 g/mol. Il glucosio fa 6 × 12.011 + 12 × 1.008 + 6 × 15.999 = 180.156 g/mol. È con questa somma che una ricetta scritta in molecole diventa una ricetta scritta in grammi.