3.-Leyes Fundamentales de La Química

Autor: Ing. Baldassari Ricardo QUÍMICA GENERAL - ING. ELÉCTRICA LEYES FUNDAMENTALES DE LA QUÍMICA Las leyes fundamentales de la química se dividen en dos grupos: A) Leyes gravimétricas B) Leyes volumétricas Las del primer grupo, se llaman así porque fueron determinadas o comprobadas por determinaciones de masa o sea pesos, o utilizando balanzas de precisión o analíticas o micro balanzas. Comprenden las siguientes leyes: 1) 2) 3) 4) 5)

La ley de conservación de la materia o ley de Lavoisier. La ley de las proporciones constantes o definidas o ley de Proust. La ley de las proporciones múltiples o ley de Dalton. La ley de los pesos equivalentes o ley de Wenzel-Richter. La ley de conservación de la Energía o ley de Einstein.

Las segundo grupo, se llaman así porque son las que se determinan por mediciones de volúmenes de masas de sustancias gaseosas. Comprenden a las siguientes leyes: 1) La ley de las combinaciones de masas gaseosas o entre gases o ley de Gay-Lussac. 2) La ley de Avogadro (Hipótesis de Avogadro). A) 1) Ley de conservación de la materia o ley de Lavoisier: El científico francés A.L. Lavoisier, realizo experiencias sobre combustión, utilizando balanzas de precisión o micro balanzas para los cálculos químicos, entre los años 1772 y 1777 comprobó que las reacciones químicas efectuadas en sistemas cerrados se producían sin perdida de peso. En base a resultados experimentales, de prueba y error, formulo la ley de conservación de la materia que puede enunciarse de la siguiente manera: “EN LA NATURALEZA NADA SE PIERDE NI NADA SE CREA, TODO SE TRANSFORMA” O también así: “EN LAS REACCIONES QUIMICAS EFECTUADAS EN SISTEMAS CERRADOS, LA MASA TOTAL DEL SISTEMA PERMANECE CONSTANTE” Masa = cte. Ejemplo, experimental de la ley de Lavoisier: En una pequeña lámpara de fotografía, que constituye un perfecto sistema cerrado, en cuyo interior existe un filamento de magnesio (Mg) y gas oxigeno (O2) a presión reducida, se realiza una pesada de la misma en una balanza de precisión, el peso de la lámpara antes del destello y luego la pesada después del destello, se verifico que los pesos no variaron, es decir m = constante

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Autor: Ing. Baldassari Ricardo QUÍMICA GENERAL - ING. ELÉCTRICA 2 Mg+2 + O2 48,624g + 32g 80,624g

2 MgO 80,624g 80,624g

2) La ley de las proporciones constantes o definidas o ley de Proust: Los elementos cuando se combinan lo hacen siempre en de acuerdo a relaciones constantes de masas. Por ejemplo, cuando se combinan el hidrogeno H, con el oxígeno O, para formar agua, fenómeno que se interpreta por la siguiente reacción: 2H + O

H2O

Las masas que reaccionan son las siguientes: 2 x 1g + 16g = 18 gramos de agua Luego de acuerdo a la reacción anterior la relación será siempre de 2 H a 1 de O y siempre para formar agua la relación de combinación será invariablemente de igual a 2: 1 La ley de Proust, se puede enunciar así: “CUANDO DOS O MÁS SUSTANCIAS SIMPLES SE COMBINAN PARA FORMAR UNA SUSTANCIA COMPUESTA, SUS MASAS MANTIENEN RELACIONES CONSTANTES” 3) Ley de las proporciones múltiples o ley de Dalton: El físico químico ingles J. Dalton, fundador de la teoría atómica, expuso dicha ley, enunciándola así: “CUANDO DOS ELEMENTOS SE COMBINAN PARA FORMAR DOS 0 MAS COMPUESTOS DISTINTOS, MIENTRAS LA CANTIDAD DE UNO DE ELLOS PERMANECE CONSTANTE, LA DEL OTRO VARIA SEGÚN RELACIONES PROGRESIVAS DE NUMEROS ENTEROS” Ejemplo, la combustión del carbono, que puede producir CO (oxido carbonoso) y CO2 (oxido carbónico) a) b)

1C+1O 1C+2O

CO CO2

En la reacción a) 1 átomo de carbono reacciona con 1 átomo de oxígeno, para dar CO, monóxido de carbono. En la reacción b) 1 átomo de carbono reacciona con 2 átomos de oxígeno, para formar CO2. Por lo tanto mientras la cantidad de C permanece constante, la de O varía de 1 a 2. 4) Ley de los pesos equivalentes de Wenzel- Richter: El químico alemán Wenzel, en el año 1772 descubrió que en las combinaciones químicas entre ácidos y metales, existían pesos que presentaban equivalencias. Más adelante, alrededor de los años 1790, el químico alemán Richter, estudiando la neutralización de ácidos con hidróxidos, también determino pesos que presentaban equivalencias, hecho que permitió, junto a Wenzel, enunciar la ley de los pesos equivalentes o de las proporciones reciprocas. A 2

Autor: Ing. Baldassari Ricardo QUÍMICA GENERAL - ING. ELÉCTRICA Richter, se lo considero, por sus trabajos en este tema, como el fundador de la Estequiometria. Aquí, lo relacionado con esta ley, es lo referente a uno de los parámetros estequiométricos, en este caso los pesos equivalentes, para elementos simples y para sustancias compuestas 5) La ley de la conservación de la materia y de la energía o ley de Einstein: Esta ley, precisamente se deja para el final, pues por ser la mas importante de las leyes gravimétricas. En el año 1905, el físico alemán Albert Einstein (Premio nobel de física, en el año 1921), trabajo en “electroquímica de los cuerpos en movimientos”, en donde estableció conceptualmente que la energía no es imponderable, es decir tiene masa. . Como consecuencia se establece la ley de conservación de masa y energía, cuyo enunciado es: “LA MATERIA Y LA ENERGIA SE TRANSFORMAN MUTUAMENTE, PERO LA SUMA TOTAL DE AMBAS PERMANECE CONSTANTE” M (materia) + E (energía) 𝐸 = 𝑚 𝑐2 Donde: m es la masa transformada, c la velocidad de la luz, E la energía formada. B) 1) La primer ley volumétrica, es la ley de combinaciones entre gases o ley de GayLussac: Gay-Lussac, químico y físico francés realizo experiencias sobre combinaciones químicas entre gases, cuyo enunciado, es: “EN LAS COMBINACIONES QUIMICAS ENTRE GASES, LOS VOLUMENES DE LOS GASES QUE REACCIONAN Y LOS VOLUMENES DE LOS PRODUCTOS GASEOSOS, GUARDAN ENTRE SI RELACIONES NUMERICAS FIJAS” Ejemplo: Síntesis del agua Haciendo reaccionar por combustión en un eudiómetro distintos volúmenes de hidrogeno y oxígeno, ese obtiene agua vapor o vapor de agua. Las relaciones de los volúmenes de hidrógeno y oxígeno son siempre fija a saber, de 2 a 1, sea 2:1. La reacción, es: 2 volúmenes de H + 1 volumen de oxigeno 2:1:2

2 volúmenes de H2 O

2) Ley de Avogadro: El físico italiano, en el año 1811, expuso por primera vez la hipótesis molecular de la materia, conocida como Hipótesis de Avogadro. Avogadro, estudiando las reacciones entre gases, como el hidrogeno y el oxígeno, expuso la hipótesis de que en lugar de átomos, los gases estuviesen formados por partículas a las cuales, por primera vez denominó moléculas y por otra parte, que esas moléculas fuesen biatómicas o diatónicas (formadas por dos átomos), las reacciones 3

Autor: Ing. Baldassari Ricardo QUÍMICA GENERAL - ING. ELÉCTRICA de la síntesis del agua (desarrollada x Gay-Lussac), se interpretaba mediante la siguiente ecuación: 2 volúmenes de H2 + 1 volumen O2 2 volúmenes de H2O La relación volumétrica de Gay-Lussac, se mantenía, siempre de 2:1:2 Por lo tanto, ahora se puede afirmar, que: 2 volúmenes de H2, contienen, 2 moléculas 1 volumen de O2, contiene, 1 molécula 2 volúmenes de H2O, contiene 2 moléculas Con las consideraciones anteriores se deduce, la Hipótesis de Avogadro: “VOLUMENES IGUALES DE GASES Y VAPORES EN LAS MISMAS CONDICIONES DE TEMPERATURA Y PRESION, TIENEN EL MISMO NUMERO DE MIOLECULAS” Más adelante, alrededor de los años 1850, es decir 50 años después, lo afirmado por Avogadro, fue el químico italiano Cannizaro, quien le dio a la hipótesis de Avogadro la veracidad definitiva.

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