Formulele empirice descriu raportul fiecărui tip de atom dintr-o substanță. Cuvântul „empiric” se referă la originile formulelor empirice în rezultatele observabile; adică formulele sunt determinate prin experiment. Oamenii de știință testează compoziția compușilor necunoscuți observând formarea lor sau interacțiunile lor cu substanțe cunoscute. Raportul dintre atomi dintr-un compus oferă doar o idee aproximativă a naturii sale, dar este o bază pentru investigații ulterioare.
Dacă oamenii de știință pot crea un compus și cunosc compoziția reactivilor sau substanțele care reacționează, ei pot determina formula empirică a produsului. Ei efectuează reacția pentru a produce produsul fără a lăsa intrări nereacționate. Ei monitorizează, de asemenea, proporțiile de reactivi care intră în reacție. Este important ca aceștia să cunoască proporția de molecule ale reactivilor mai degrabă decât proporția de masă sau volum, deoarece aceste măsurători pot varia pentru diferite molecule. Proporția de reactivi le spune proporția de atomi din produs, deoarece toate moleculele pe care le introduc sunt folosite în reacție.
O altă metodă de determinare a formulelor empirice este de a determina un compus să reacționeze cu o altă substanță și de a observa produsele reacției. Oamenii de știință folosesc de obicei această metodă pentru a analiza hidrocarburile, substanțe care conțin doar atomi de carbon și hidrogen. Ele ard hidrocarburi necunoscute și colectează dioxidul de carbon și vaporii de apă din reacție.
Când o hidrocarbură arde, aceasta reacţionează cu oxigenul; reacția poate fi reprezentată ca A CfHg + B O2 –> D CO2 + E H2O, unde A, B, D și E indică proporțiile moleculelor din reacție și f și g reprezintă proporțiile de carbon și hidrogen din hidrocarbură . Experimentatorii măsoară masa dioxidului de carbon și a vaporilor de apă. Apoi împart aceste numere la greutatea moleculară a compușilor respectivi. Pentru dioxidul de carbon, numărul rezultat este același cu numărul de atomi de carbon, dar ei trebuie să înmulțească numărul de molecule de apă cu două pentru a obține numărul de molecule de hidrogen. Ei găsesc cele mai mici numere întregi care păstrează proporția dintre C și H, iar acestea sunt f și g în ecuația: indicele formulei empirice.
Formulele empirice nu indică structura precisă a unei molecule. Acetilena și benzenul, de exemplu, sunt hidrocarburi care conțin un număr egal de atomi de carbon și hidrogen, deci formula empirică a fiecăruia este CH. Formula moleculară a acetilenei este C2H2, în timp ce cea a benzenului este C6H6. Au proprietăți foarte diferite, în ciuda faptului că au aceeași formulă empirică. Acetilena este un gaz extrem de exploziv folosit pentru tăiere și sudare; Inelele benzenice cu șase atomi de carbon sunt componenta definitivă a substanțelor aromatice și sunt prezente în multe dintre moleculele responsabile de gusturi și mirosuri.