Las sustancias compuestas se representan mediante una combinación de símbolos químicos de los elementos que las constituyen. Esta forma de representación, introducida por el químico sueco Jöhn J. Berzelius (1779-1848), posee un doble significado, pues no sólo indica qué elementos están presentes en un compuesto dado, sino también en qué proporción los átomos respectivos participan en la formación de su molécula. Cada símbolo en una fórmula química equivale a un átomo de la sustancia simple correspondiente. Los subíndices que pueden aparecer en una fórmula, hacen referencia al número de átomos de cada elemento.

Si se toma en consideración la masa de los átomos la fórmula de una combinación química expresa, además, la proporción en masa en la que los elementos en cuestión intervienen en la formación de una sustancia compuesta dada.

Así, la fórmula del amoníaco, NH3, indica que esta sustancia resulta de la combinación de hidrógeno y nitrógeno a razón de tres átomos de hidrógeno por cada uno de nitrógeno, o en otros términos, en la proporción de 3 x 1,008 gramos de hidrógeno por cada 1 x 14,007 gramos de nitrógeno.

Este tipo de fórmula, llamada también fórmula empírica o molecular, no indica, sin embargo, nada sobre la estructura de la molécula, es decir, sobre la forma en que sus átomos componentes y los enlaces entre ellos se distribuyen en la molécula. Así, la fórmula empírica del agua H2O podría corresponder a cualquiera de las siguientes configuraciones de sus átomos componentes:

De estas tres la única que es conforme a los resultados experimentales es la tercera. Cuando interesa reflejar las orientaciones de los enlaces, la fórmula estructural, que es el nombre que recibe este tipo de fórmula química, se aproxima bastante a un modelo molecular en el que se reproducen a escala los átomos, la longitud de los enlaces y sus ángulos respectivos. En tal caso la fórmula del agua deberá representarse en la forma:

ya que los dos enlaces H - 0 forman entre sí un ángulo de 105º.

Las masas moleculares se expresan en unidades de masa atómica (u), las cuales, por su tamaño, resultan apropiadas a este tipo de cantidades. La masa de una molécula en u será la suma de las masas de los diferentes átomos que la componen y que aparecen recogidos en la fórmula molecular correspondiente. Así la masa molecular del metano (CH4) será 4M(H) + 1M(C), siendo M(H) y M(C) las masas atómicas de los átomos de hidrógeno y carbono respectivamente; es decir, M(CH4) = 4 · 1,008 + 12,011 = 16,043 u.

Como cantidad de sustancia, un mol de un compuesto dado es igual a un mol de sus moléculas, lo que equivale, de acuerdo con la definición de mol, a NA moléculas, siendo NA = 6,023 · 1023 el número de Avogadro. Dado que 1 gramo equivale a NA u, el mismo número que indica la masa de una molécula en unidades de masa atómica indica también el valor de su mol expresado en gramos. Así un mol de metano equivale a

NA · 16,043 u = 16,043 NA u = 16,043 g

A la masa expresada en gramos que corresponde a un mol de una sustancia compuesta se la denomina también molécula-gramo.

El cloroformo es una sustancia que se emplea como anestésico y cuya fórmula química es:

Calcular su masa molecular en u y el valor de su mol en gramos. ¿Cuántos moles de sustancia estarán contenidos en una muestra de 15,00 gramos? ¿Y cuántas moléculas? ¿Y cuántos átomos de cloro? Determinar el porcentaje en masa de cloro que contiene el cloroformo.

La masa molecular M es la suma de las masas atómicas, de modo que:

M(CHCl3) = M(C) + M(H) + 3M(CI) =

= 12 + 1 + 3 · 35,5 = 119,5 u

y por tanto,

1 mol de CHCI3 = 119,5 gramos

El número de moles de CHCl3 contenidos en 15,00 g de sustancia se obtendrá dividiendo la masa en gramos por el número de gramos por mol:

Dado que cada mol de CHCl3 equivale a NA moléculas, resultará:

n.º de moléculas = n.º moles · NA =

= 0,126 · 6,023 · 1023 = 0,759 · 1023

Por cada molécula de CHCl3 hay tres átomos de cloro, de modo que en esta sustancia se cumplirá:

n.º de átomos (CI) = n.º moléculas (CHCl3) · 3 =

= 0,759 · 1023 · 3 = 2,277 · 1023

Finalmente el tanto por ciento en masa de cloro se calculará a partir de la contribución del cloro a la masa molecular. De las 119,5 u del CHCl3,

3 · 35,5 = 106,5 proceden del cloro, por tanto: