A finales del siglo XVIII la química se convirtió en una ciencia cuantitativa: midiendo masas y volúmenes con cuidado, Lavoisier, Proust, Dalton, Gay-Lussac y Avogadro descubrieron regularidades que solo se explican si la materia está formada por átomos y moléculas. Estas leyes siguen siendo la base de todos los cálculos químicos que harás este curso.
Objetivos
- Enunciar y aplicar las leyes ponderales: conservación de la masa, proporciones definidas y proporciones múltiples
- Relacionar las leyes ponderales con la teoría atómica de Dalton
- Aplicar la ley de los volúmenes de combinación a reacciones entre gases
- Explicar la hipótesis de Avogadro y por qué muchos gases elementales son diatómicos
1. Ley de conservación de la masa (Lavoisier)
Ley de Lavoisier: En un sistema cerrado, la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos: la materia ni se crea ni se destruye, solo se reorganiza.
Descomposición del carbonato de calcio
Al calentar 10,0 g de CaCO₃ se obtienen 5,6 g de CaO y dióxido de carbono. ¿Qué masa de CO₂ se forma?
- m(reactivos) = m(productos)
- 10,0 g = 5,6 g + m(CO₂)
- m(CO₂) = 10,0 − 5,6 = 4,4 g
Se desprenden 4,4 g de CO₂.
2. Proporciones definidas (Proust) y múltiples (Dalton)
Ley de Proust: Cuando dos elementos se combinan para formar un compuesto determinado, lo hacen siempre en una relación de masas constante. En el agua, m(O) : m(H) = 8 : 1; en el sulfuro de hierro(II), FeS, m(Fe) : m(S) = 7 : 4.
Reactivo sobrante
Se calientan 14 g de hierro con 10 g de azufre para formar FeS (Fe : S = 7 : 4).
- 14 g de Fe necesitan 14 · = 8 g de S
- Hay 10 g de S: sobran 10 − 8 = 2 g de azufre
- m(FeS) = 14 + 8 = 22 g
Se forman 22 g de FeS y sobran 2 g de S.
Ley de Dalton: Si dos elementos forman varios compuestos, las masas de uno que se combinan con una misma masa del otro están en una relación de números enteros sencillos.
Los óxidos de carbono
12 g de carbono se combinan con 16 g de oxígeno en el CO y con 32 g de oxígeno en el CO₂.
- Masa de C fija: 12 g
- Masas de O: 16 g y 32 g
- Relación 32 : 16 = 2 : 1
Relación de números enteros sencillos: se cumple la ley de las proporciones múltiples.
3. La teoría atómica de Dalton
- La materia está formada por átomos indivisibles.
- Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí y distintos de los de otros elementos.
- Los compuestos se forman al unirse átomos de distintos elementos en una proporción fija de números enteros.
- En una reacción química los átomos se reorganizan: no se crean ni se destruyen.
Cada postulado explica una ley: si los átomos solo se reorganizan, la masa se conserva (Lavoisier); si un compuesto tiene siempre la misma proporción de átomos, su composición en masa es fija (Proust); si se pueden unir 1 o 2 átomos de O a un átomo de C, aparece la relación 1 : 2 (Dalton).
4. Leyes de los gases: Gay-Lussac y Avogadro
Ley de los volúmenes de combinación (Gay-Lussac): Medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, los volúmenes de los gases que reaccionan y los de los gases que se forman guardan una relación de números enteros sencillos.
| Reacción | Volúmenes |
|---|---|
| hidrógeno + cloro → cloruro de hidrógeno | 1 : 1 : 2 |
| hidrógeno + oxígeno → agua (vapor) | 2 : 1 : 2 |
| nitrógeno + hidrógeno → amoniaco | 1 : 3 : 2 |
Hipótesis de Avogadro: Volúmenes iguales de gases distintos, en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas.
¿Por qué el hidrógeno es H₂?
- 1 volumen de hidrógeno + 1 volumen de cloro dan 2 volúmenes de cloruro de hidrógeno
- Por Avogadro: n moléculas + n moléculas → 2n moléculas
- Cada molécula de HCl lleva un átomo de H: 2n átomos de H salen de n moléculas, luego cada molécula de hidrógeno tiene 2 átomos
El hidrógeno y el cloro son diatómicos: H₂ + Cl₂ → 2 HCl.
Recuerda
- Lavoisier: en un sistema cerrado, masa de reactivos = masa de productos.
- Proust: un compuesto tiene siempre la misma composición en masa.
- Dalton: con una masa fija de un elemento, las masas del otro están en relación de enteros sencillos.
- Gay-Lussac: los volúmenes de gases que reaccionan (mismas p y T) están en relación de enteros sencillos.
- Avogadro: volúmenes iguales de gases en las mismas condiciones contienen el mismo número de moléculas.
¡Ahora te toca a ti!
Comprueba que lo has entendido con los ejercicios y repasa con el resumen.