Fórmulas químicas

La fórmula química de una sustancia indica su composición química. Representa a los elementos que contiene y la relación en que se encuentran los átomos. La fórmula de un solo átomo es la misma que el símbolo del elemento. Así, Na puede representar un solo átomo de sodio. Con excepción de los gases nobles (He, Ne, Ar, Kr, Xe y Rn), no es común encontrar átomos aislados en la naturaleza. El subíndice que acompaña al símbolo indica el número de átomos en una molécula. Por ejemplo, F₂ indica una molécula que contiene dos átomos de flúor, P₄ y representa cuatro átomos de fosforo en una molécula.

Algunos elementos existen en más de una forma; ejemplos similares son:

1. El oxígeno, que forma moléculas de O₂, y el ozono, que forma moléculas de O₃
2. Las dos formas cristalinas distintas del carbono, el diamante y el grafito.

A las formas diferentes del mismo elemento en el mismo estado físico se les llama modificaciones alotrópicas o alótropos.

Los compuestos contienen dos o más elementos en combinación química en proporciones fijas. Por  tanto, cada molécula de cloruro de hidrógeno, HCl, está formada por un átomo de hidrógeno y un átomo de cloro; cada moécula de tetracloruro de carbono, CCl₄, contiene un átomo de carbono y cuatro átomos de cloro: una molécula de aspirina, C₉H₈O₄ contiene nueve átomos de carbono, ocho átomos de hidrógeno y cuatro átomos de oxígeno.

Algunos grupos de átomos se comportan químicamente como entidades únicas; por ejemplo, un átomo de nitrógeno y dos átomos de oxígeno se combinan en un grupo o radical nitro, el cual puede formar parte de una molécula. En las fórmulas de compuestos que contienen dos o más de los mismos grupos, la fórmula del grupo se encierra entre paréntesis para indicar su presencia. De este modo, el 2, 4, 6-trinitrotuleno (con frecuencia abreviado TNT) contiene tres grupos nitro y su fórmula es C₇H₅(NO₂₎₃ ;para multiplicar por 3, el número de átomos de nitrógeno y oxígeno del grupo NO₂; por lo tanto, en una molécula de TNT hay siete átomos de carbono, cinco de hidrogeno, tres de nitrógeno y seis de oxígeno.

Los compuestos se consideraron sustancias distintas debido a sus diferentes propiedades físicas, y a que se podían separar uno de otro. Una vez establecido el concepto de átomos y moléculas, se comprendió la razón de las diferencias en las propiedades: dos compuestos son diferentes entre si porque sus moléculas son distintas. Por el contrario, si dos moléculas contienen el mismo número de átomos del mismo tipo, arreglados de manera similar, entonces ambas son moléculas del mismo compuesto. De esta manera, la teoría atómica explica la ley de las propiedades definidas.

Esta ley, conocida también como la ley de la composición constante tiene una gran importancia para realizar cálculos:

Diferentes muestras puras de un compuesto siempre contiene los mismos elementos en la misma proporción en masa.

En el campo de la química, los compuestos se citan por su nombre.

Para una sutancia compuesta por moléculas, la fórmula química indica el número de átomos de cada tipo en las moléculas, pero no expresa el tipo de enlace ni el orden en que se unen los átomos en las moléculas.

La fórmula estructural indica cómo están unidos los átomos. Las líneas que unen a los símbolos atómicos representan enlaces químicos entre los átomos.
Estos enlaces representan fuerzas que mantienen a los átomos a cierta distancia y ángulo entre sí. Por ejemplo, la formula estructural del propano indica que tres átomos de C están enlazados en una cadena con tres átomos H unidos a cada uno de los átomos C del extremo de la cadena y dos átomos de H unidos al átomo C central.