LEYES FUNDAMENTALES DEL CAMBIO QUÍMICO LEYES PONDERALES

Las Leyes ponderales, son las leyes generales que rigen las combinaciones químicas. Se basan en la experimentación y miden cuantitativamente la cantidad de materia que interviene en las reacciones químicas.

1. LEY DE CONSERVACIÓN DE LA MASA (1783) También conocida como Ley de Lavoisier por ser el científico que la enunció en 1783, constituye el inicio de la Química como disciplina científica y establece que: “EN CUALQUIER REACCIÓN QUÍMICA QUE OCURRA EN UN SISTEMA CERRADO, LA MASA TOTAL DE LAS SUSTANCIAS EXISTENTES SE CONSERVA. O LO QUE ES LO MISMO, EN UNA REACCIÓN QUÍMICA LA MASA DE LOS REACTIVOS (SUSTANCIAS DE PARTIDA) ES LA MISMA QUE LA MASA DE LOS PRODUCTOS (SUSTANCIAS FINALES)”

Átomos: C: C: H: H: O: O: Gramos: 16 64 = 44 36

2. LEY DE LAS PROPORCIONES CONSTANTES O DEFINIDAS (1799) El químico Proust postulaba que la composición de un compuesto era siempre la misma independientemente del método y las condiciones de obtención. Tras el análisis de numerosos resultados experimentales la concepción de Proust fue aceptada por la comunidad científica estableciendo la Ley de las proporciones definidas : “CUANDO DOS O MÁS SUSTANCIAS SIMPLES REACCIONAN PARA FORMAR UN SOLO COMPUESTO LO HACEN EN UNA PROPORCIÓN DE MASAS CONSTANTE, POR LO CUAL LA COMPOSICIÓN DEL COMPUESTO ES CONSTANTE E INVARIABLE INDEPENDIENTEMENTE DEL PROCESO SEGUIDO EN SU FORMACIÓN”

Demostró que el carbonato de cobre contenía cobre, carbono y oxígeno en proporciones definidas en peso, sin importar cómo se hubiera preparado en el laboratorio ni cómo se hubiera aislado de las fuentes naturales. La proporción era siempre de 5.3 partes en peso de cobre por 4 de oxígeno y 1 de carbono.

ACTIVIDAD. Señale si se cumple la ley de las proporciones definidas en los siguientes casos. Tarea 1. Formación de ZnO. 1. Primer caso. 1 g Zn + 1 g O  1,245 g ZnO + 0,755 g O 2. Segundo caso. 2,5 g Zn + 1 g O  3,112 g ZnO + 0,338 g O

Tarea 2. Formación de FeCl2. El hierro y el cloro se combinan en la proporción 55,8 g de hierro y 35,5 g de cloro para formar 91,3 g de cloruro de hierro (II), FeCl2. Primer caso. 20 g Fe + 28 g Cl  48 g FeCl2 2. Segundo caso. 13,95 g Fe + 8,875 g Cl  22,825 g FeCl2 3. Tercer caso. 32 g Fe + 57,6 g Cl  89,6 g FeCl2

EJERCICIO. Se sabe que 8 g de azufre reacciona con 12 g de oxígeno para dar 20 g de trióxido de azufre. ¿Cuántos gramos de oxígeno reaccionarán con 1 g de azufre y qué cantidad de trióxido de azufre se obtendrá? Si se descomponen 100 g de trióxido de azufre ¿cuántos gramos de azufre y de oxígeno se obtendrán?

3. LEY DE LAS PROPORCIONES MÚLTIPLES (1803) Esta ley fue enunciada por John Dalton en 1803. Tras numerosos experimentos descubrió que algunos elementos se combinaban con una cantidad fija de otro elemento en diferentes proporciones, dependiendo de las condiciones de reacción. ¿Quería esto decir que fallaba la Ley de Proust? En realidad no, demostró que esto sucedía cuando podían formarse compuestos diferentes. Enseguida se percató de una regularidad que enunció como Ley de las proporciones múltiples:

“DOS ELEMENTOS PUEDEN COMBINARSE ENTRE SÍ EN MÁS DE UNA PROPORCIÓN PARA DAR COMPUESTOS DISTINTOS. EN ESTE CASO, DETERMINADA CANTIDAD FIJA DE UNO DE ELLOS SE COMBINA CON CANTIDADES VARIABLES DEL OTRO ELEMENTO, DE MODO QUE LAS CANTIDADES VARIABLES DEL SEGUNDO ELEMENTO GUARDAN ENTRE SÍ UNA RELACIÓN DE NÚMEROS SENCILLOS Y ENTEROS” Vamos a ver algunos ejemplos:

Para formar SO Para formar SO2 Para formar SO3 1. El azufre y el oxígeno pueden formar tres compuestos distintos (SO, SO2, SO3) y para formar cada uno de ellos lo hará en unas proporciones fijas (tal y como establece la ley de Proust): = 16  2 16  1 = 2 1 Para formar SO Para formar SO2 Para formar SO3 = 1 1 = 16  2 16  3 = 2 3

𝑔 𝑑𝑒 𝑂 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 = 16 32 = 1 2 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 = 16 48 = 1 3 La proporción de O entre el primero y el segundo compuesto es: 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 = 16 32 = 1 2 La proporción de O entre el primero y el tercer compuesto es: 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 = 16 48 = 1 3 La proporción de O entre el segundo y el tercer compuesto es: 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 = 32 48 = 2 3

2. Se toman 100 g de cada uno de cuatro compuestos de cloro y de oxígeno y en ellos se cumple: 1° COMPUESTO : 81,39g Cl y 18,61g O 2° COMPUESTO: 59,32g Cl y 40,68g O 3° COMPUESTO: 46,67g Cl y 53,33g O 4° COMPUESTO: 38,46g Cl y 61,54 O A continuación se procede a buscar la relación ponderal g O/g Cl, con los que se obtendrán los gramos de oxígeno que, para cada compuesto corresponde a 1g de cloro:

1° COMPUESTO 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝑙 = 18,61 81,39 = 0,2287 2° COMPUESTO 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝑙 = 40,68 59,32 = 0,6858 3° COMPUESTO 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝑙 = 53,33 46,67 = 1,1427 4° COMPUESTO 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝑙 = 61,54 38,46 = 1,6001

𝑔 𝑑𝑒 𝑂 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 = 0,2287 0,2287 =1 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 = 0,6858 0,2287 = 3 La proporción de O en el primer compuesto es: 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 = 0,2287 0,2287 =1 La proporción de O entre el segundo y el primer compuesto es: 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 = 0,6858 0,2287 = 3 La proporción de O entre el tercero y el primer compuesto es: 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 = 1,1427 0,2287 = 5 La proporción de O entre el cuarto y el primer compuesto es: 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 𝑔 𝑑𝑒 𝑂 = 1,6001 0,2287 =7

ACTIVIDAD. Señale si se cumple la ley de las proporciones múltiples en los siguientes casos. Óxidos de cobre % cobre % oxígeno I 88,83 11,17 II 79,90 20,1O

Caso 2. El nitrógeno y el oxígeno pueden formar cinco compuestos distintos (NO, N2O, NO2, N2O3, N2O5) y para formar cada uno de ellos lo hará en unas proporciones fijas (tal y como establece la ley de Proust)

4. LEY DE LOS VOLÚMENES DE COMBINACIÓN (GAY-LUSSAC) “A temperatura y presión constantes, los volúmenes de los gases que participan en una reacción química guardan entre sí relaciones de números sencillos”.

𝑉 𝑁 Hipótesis de Avogadro. “Volúmenes iguales de distintas sustancias gaseosas, medidos a la misma temperatura y presión, contiene número igual de moléculas”. Esto implica que 𝑉 𝑁