DEPARTAMENTO DE CIENCIASQUÍMICA – 5 MYPPrimero Medio

LEYES PONDERALES

Las leyes ponderales o leyes de la combinación química, son leyes que rigen todas las reacciones químicas, que se basan, en la masa de las sustancias que participan en ellas.

Las leyes ponderales son:_ Ley de conservación de la masa._ Ley de las proporciones definidas._ Ley de las proporciones múltiples._ Ley de las proporciones recíprocas_ Ley de volúmenes de combinación

LEY DE CONSERVACIÓN DE LA MASA

Propuesta por Antoine Lavoisier, establece que “la materia no se crea, ni se destruye, solo se transforma”, es decir, en un sistema cerrado, en donde no hay intercambio de materia con el exterior, la masa de los reactantes es igual a la masa de los productos, aunque se produzca cualquier reacción química.

Por ejemplo, si se pone a calentar una vela en un recipiente herméticamente cerrado, lo que asegura que no se está intercambiando materia con el exterior, no se debería apreciar cambios detectables en la masa.

“En una reacción química siempre se cumple que la suma de las masas de los reactantes es igual a la suma de las masas de los productos”. Este importante postulado, conocido como ley de conservación de la masa, fue demostrado experimentalmente por Antoine Lauren Lavoisier en 1772.

LEY DE LAS PROPORCIONES DEFINIDAS o CONSTANTES

A principios de 1799, el químico francés Joseph Louis Proust demostró que la proporción en masa de los elementos en un compuesto es siempre la misma. Además probó experimentalmente que la proporción en que se combinan dos o más elementos no depende del método que se use para sintetizar en compuesto en el laboratorio.

“Si un elemento A, se combina con un elemento B, para formar un compuesto AB dado, lo hace siempre en una proporción fija y constante".

Ejemplo: Obtención de carbonato de cobre a partir de cobre, carbono y oxígeno

Cobre + Carbono + Oxígeno

→ Carbonato de cobre

5,3 g 1 g 4 g 10,3 g10,6 kg 2 kg 8 kg

Ejemplo: Obtención de sulfuro de cobre, a partir de cobre y azufre.

Establecemos la relación de masas: Cu / S es:

CuS : 10,0g

5,06g = 1,97

Lo que dice que por cada gramo de azufre se necesitará 1,97 gramos de cobre, para formar sulfuro de cobre.

Ejemplo: Obtención de cloruro de sodio, a partir de cloro y sodio.

Al hacer reaccionar 10 g de sodio con 10 g de cloro, se determinó que el cloro se utiliza por completo, o sea, 10 g, y que del sodio solo reacciona una masa de 6,484 g, quedando un exceso sin reaccionar. Calculamos la proporción según las masas que reaccionaron

Con el método de razonamiento usado por Proust, hoy podemos establecer la composicin definida de los compuestos químicos. Por ejemplo, que el cloruro de sodio puro contiene 39 % de sodio y 61 % de cloro´

Ejemplo: Obtención de agua, a partir de hidrógeno y oxígeno.La proporción de oxígeno e hidrógeno debe de ser 8:1, de acuerdo a la siguiente ecuación balanceada:

LEY DE LAS PROPORCIONES MÚLTIPLES

En 1803, John Dalton estableció la ley de las proporciones múltiples, que plantea “cuando dos elementos se combinan para formar más de un compuesto, la masa de uno de ellos, que se une a una masa fija del otro, está en relación de números enteros y sencillos”.

Ejemplo:

Compuesto Masa de azufre / g Masa de oxígeno / gSO 32 16SO2 32 32SO3 32 48

Masa fija de uno de ellos: en este caso son los 32 g de azufreLas relaciones de masa del oxígeno, debe ser una relación de números enteros y sencillos.

Veamos:

La ley de Dalton, mejora la ley Proust, dado que éste no se había percatado, de que existen elementos que pueden relacionarse entre sí en distintas proporciones para formar distintos compuestos, como el caso de oxígeno y el azufre.

Por ejemplo, el carbono (C) se une al oxígeno (O) formando dos compuestos comunes y estables: el monóxido de carbono (CO) y el dióxido de carbono (CO2).

En la siguiente tabla se observan las relaciones entre los compuestos

El cloro y el oxígeno pueden combinarse para formar 3 compuestos:

Compuesto Relación en masaCl2O 70 a 16Cl2O3 70 a 48Cl2O5 70 a 80Cl2O7 70 a 112

Representación de la ley de las proporciones múltiples. Mientras que la masa del cloro permanece constante, la masa de oxígeno aumenta en una relación sencilla de 1,3,5 y 7.

LEY DE LAS PROPORCIONES RECIPROCAS

En 1792, el químico alemán Jeremías Richter (1762-1807) postuló que “si dos elementos, A y B, reaccionaban con una misma cantidad de un elemento C, al reaccionar entre sí los dos primeros, lo harían en las mismas cantidades con que reaccionaron con C, o en múltiplos sencillos”. El científico Wenzel también llego a una propuesta similar.

A + C Forma ACB + C Forma BCA + B Forma AB. Esta relación debe ser de múltiplos sencillos.

Calcio (Ca)

+ Oxígeno (O) → Óxido de calcio (CaO)

40 g 16 g

Calcio (Ca)

+ Azufre (S) → Sulfuro de calcio (CaS)

40 g 32 g

¿Cuál es la relación entre oxígeno y azufre?

Azufre (S) + Oxígeno (O)

→ Anhídrido de azufre (SO)

32 g 16 g

Ejemplo:

3H2 + N2 → 2NH3

6 g 28 g

2H2 + O2 → 2H2O4 g 32 g

¿Se cumple la ley de Ritcher para la siguiente ecuación?

N2 + O2 → 2NO28 g 32 g

Se aprecia la relación entre distintas cantidades de diferentes elementos, combinados con una cantidad fija de otro elemento, es la misma relación que se combinan entre sí.

LEY DE LOS VOLUMENES DE COMBINACIÓN: GAY LUSSAC

En 1809, el químico francés Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) observó que en la formación del agua, a partir de sus elementos constitutivos, reaccionaba un volumen de hidrógeno con dos volúmenes de oxígeno y se obtenían dos volúmenes de vapor de agua, con la condición de que los volúmenes de los gases se midieran a la misma presión y temperatura.

Veamos un esquema de la reacción

Además, estableció que el volumen de la combinación de los gases era inferior o igual a la suma de los volúmenes de las sustancias gaseosas que se combinan.

De acuerdo a esta evidencia, Gay-Lussac estableció la ley de los volúmenes de combinación y planteó que “cuando reaccionan gases bajo las mismas condiciones de temperatura y presión, lo hacen en relaciones de volúmenes de números enteros y sencillos”.

Analicemos un ejemplo.

Por lo tanto, si 1 litro de hidrógeno se combina con 1 litro de cloro, se producen 2 litros de cloruro de hidrógeno

Por lo tanto, 1 volumen de H2 (22,4 L) + 1 volumen de Cl2 (22,4 L) → 2 volúmenes de HCl (44,8 L), resultado que concuerda con las observaciones de Gay-Lussac.

La ley de los volúmenes de combinación puede explicarse a partir de la hipótesis de Avogadro, que plantea que en condiciones normales de presión y temperatura, el mismo número de partículas ocupa un volumen igual.

HIPÓTESIS DE AVOGADRO.Avogadro (1776-1856) sugirió la idea de que las ultimas partículas en los gases elementales no son átomos, sino agregados de átomos a los que llamo moléculas. En 1811 enuncio la ley conocida como hipótesis de Avogadro que dice los siguiente: “En volúmenes iguales de diferentes gases, en las mismas condiciones de temperatura y presión, existen igual número de moléculas”.