Quimica III - Leyes Gravimétricas

LEYES GRAVIMETRICAS

Las reacciones químicas entre los distintos elementos, para formar compuestos, y las reacciones de los compuestos entre sí, se producen cumpliendo una serie de leyes llamadas "Leyes Gravimétricas", puesto que se refieren a masas de elementos y de compuestos.

Mijaíl Vasílievich Lomonósov (1711 - 1765), enuncia el llamado "Principio de Conservación de los Elementos". Este principio no es otra cosa que una ley natural, que se cumple a través de los siglos y que había sido observado  por legiones de físicos y de químicos desde épocas muy antiguas. Este principio establece que:

"Si en una reacción química intervienen cierto numero de elementos, éstos elementos subsisten en el sistema, una vez terminada la reacción".

Es decir, que si en un sistema físico-químico cerrado, se ponen en contacto soluciones, por ejemplo un ácido y un álcali se producirá una reacción química, formándose la sal correspondiente a los elementos del ácido y al álcali mas agua.

Este principio implica que un elemento no puede desaparecer y no puede transformarse en otro elemento.

Hasta 1901 se consideró rigurosamente exacto el principio de conservación de los elementos.

En esa época pudo observarse que el elemento Radio colocado en un recipiente cerrado, era capaz de ir transformándose sin cesar en dos elementos nuevos: Helio y Radón.

Se descubrieron luego un conjunto de elementos que sufren transformaciones de este tipo. Los elementos de este tipo reciben el nombre de "Radiactivos". Las transformaciones son a su vez radio activas y no se consideran reacciones químicas comunes.

En todas las reacciones químicas comunes que se llevan a cabo en los laboratorios y en la industria, el principio de conservación de los elementos se cumple rigurosamente.

LEY DE LA CONSERVACION DE LA MASA

Antoine-Laurent de Lavoisier (1743 - 1794), enuncia esta ley en una forma muy general diciendo:

"En la naturaleza, nada se crea y nada se pierde; todo se transforma"

Lavoisier comprobó esta ley trabajando con numerosos sistemas. Son famosas sus experiencias de descomposición del oxido de mercurio, produciendo oxigeno gaseoso y mercurio liquido.

Hans  Heinrich Landolt (1893 - 1908), fue quien verificó con gran precisión esta ley. Para ello usó para sus experiencias tubos en forma de "U" o de "V" invertidos, colocando en ambas ramas, soluciones que contenían las sustancias reaccionantes. Suspendía estos tubos de uno de los brazos de una balanza de alta precisión, equilibrándola exactamente.

Luego inclinaba los tubos de modo tal que ambas soluciones se ponían en contacto y por lo tanto se producía la reacción.

La mayoría de las reacciones químicas son exotérmicas. El calentamiento del tubo de reacción, producía, por efecto del empuje del aire, un desequilibrio en la balanza. Pero dejando que el sistema alcanzara las condiciones de temperatura anteriores a la reacción, la balanza se equilibraba nuevamente en forma espontanea.

El concepto de "sistema cerrado" no se limita solamente a casos como los mencionados, en las cuales todo el proceso se produce en recipientes cerrados.

Un sistema cerrado es aquel en el cual se tienen en cuenta todas las sustancias reaccionantes y todos los productos de reacción.

En estas condiciones, la ley de conservación de la masa puede enunciarse diciendo:

"En todo sistema cerrado, la masa total no varía,, cualquiera sea la transformación que en él se produzca."

Si representamos las sustancias reaccionantes con las letras "A" y "B"; y los productos de la reacción con las letras "C" y "D", podemos escribir:

A + B = C + D 

Aplicando la ley de conservación de la masa:

masa de A + masa de B = masa de C + masa de D

Expresión que podemos leer:

"La suma de las masas de las sustancias reaccionantes, es igual a la suma de las masas de los productos de la reacción"

Albert Einstein (1879 - 1955), encontró una relación entre la variación de energía y la variación de masa en un sistema. Llamando "Delta m" a la variación de la masa; "Delta E" a la variación de energía y "C" a la velocidad de la luz; la relación que se cumple es la siguiente:

        

Ya que la velocidad de la luz tiene un valor aproximado de 300.000 Km/seg. es fácil ver que para encontrar una variacion de la masa apreciable experimentalmente y una variacion de energia, debe ser extraordinariamente grande.

Este intercambio de energía es pequeño en las reacciones químicas comunes, dando como resultado una variación de la masa improbable.

Para las reacciones nucleares, de la físico química atomica, se verifica entopnces, no ya la ley de la conservacion de la masa, sino la "Ley de la Conservación de la Masa-Energia". Es necesario tener en cuenta por el gran desprendimiento de energia, la transformacion de masa en energia de acuerdo con la ecuacion de Einstein.

LEY DE LAS PROPORCIONES DEFINIDAS

Marcel Proust (1871 - 1922), llegó a deducir la "ley que rige la combinacion de los elementos cuando forman una determinada sustancia"

Los estudios de Proust, se basaron fundamentalmente en dos procesos quimicos, que son:

          1- La síntesis de compuestos.

          2- El análisis de compuestos.

- SINTESIS. es el proceso por el cual se obtiene un comportamiento a partir de sustancias que contienen los elementos que forman el compuesto.

- ANALISIS. es el conjunto de operaciones y reacciones que conducen a conocer que elementos constituyen un compuesto.

          a) Análisis Cualitativo: es el análisis que permite identificar los elementos que intervienen en el compuesto.

          b) Análisis Cuantitativo: es el análisis que permite determinar la composición centesimal de la sustancia.

          c) Análisis Funcional: es el análisis que permite clasificar la sustancia dentro de los distintos grupos de sustancias químicas.

Podemos enunciar la Ley de las proporciones definidas como:

"Cuando dos elementos se combinan para formar un compuesto definido, lo hacen según una relación de masas definida y contante".

O sea que la relación entre las masas de los reactivos es igual a un valor numérico constante.

LEY DE LAS PROPORCIONES MULTIPLES

La ley de Proust se cumple al formarse un compuesto definido según queda dicho. Pero hay casos e los cuales dos elementos pueden formar mas de un compuesto.

El Hidrogeno y el Oxigeno pueden formar Agua, pero también pueden formar Agua Oxigenada.

El Azufre y el Oxigeno pueden combinarse para producir Dióxido de Azufre y Trióxido de Azufre.

El Nitrógeno forma con el Oxigeno cinco compuestos diferentes.

John Dalton (1766 - 1844), fue quien se dedicó a la tarea de buscar la ley que se cumplía en estos casos, llegando al enunciado de la ley de las proporciones múltiples, diciendo:

"Cuando dos elementos se combinan para dar mas de un compuesto, las masas del elemento que se combinan con una masa fija del otro, guardan entre sí una proporción de números enteros y pequeños".

LEY DE LAS PROPORCIONES RECIPROCAS

Jeremias Benjamin Richter (1762 - 1807) demostró cronológicamente la primera ley gravimétrica.

Estudió la combinación de los elementos entre sí de una forma completa y general.

Richter definió los llamados "pesos equivalente de los elementos" o "pesos de combinación".

Se llama "peso equivalente de un elemento", al numero de partes en peso que se combinan con ocho partes en peso de oxigeno. Es decir que el peso de combinación es un numero abstracto.

En cambio se define en forma similar el concepto de "equivalente gramo de un elemento" como la masa del elemento que se combina con ocho gramos de oxigeno.

Podemos enunciar la ley de Richter de las proporciones recíprocas diciendo:

"Las masas de dos elementos A y B que se combinan con la misma masa de un tercer elemento C, si se combinan entre sí, lo hacen en la misma relación de masas en que lo hacían con C, o bien en una relación de números enteros y pequeños de aquella."

También puede enunciarse diciendo que:

"Los elementos se combinan en cantidades que guardan entre sí una relación igual a sus pesos de combinación a un múltiplo sencillo de los mismos."

TEORIA ATOMICA DE DALTON

Para John Dalton, la partícula mas pequeña de una sustancia era el átomo. Si la sustancia era simple, Dalton hablaba de "átomos simples"; por ejemplo de cloro, de hidrogeno, etc. Si la sustancia era compuesta, Dalton hablaba de "átomos compuestos"; por ejemplo el agua. En realidad, los "átomos" de Dalton, son las partículas que nosotros llamamos moléculas.

Los siguientes postulados, son los que constituyen la teoría atómica molecular moderna:

1) Toda materia es discreta y está formada por partículas pequeñas, definidas e indestructibles denominadas átomos, que son indivisibles por los métodos químicos ordinarios.

2) Los átomos de un mismo elemento son iguales y tienen las mismas propiedades; los átomos de elementos distintos son diferentes y tienen propiedades también diferentes.

3) Las moléculas se forman por la unión de un numero entero de átomos del mismo o de distintos elementos, en relaciones numéricas simples.

4) Las sustancias simples y compuestas están constituidas por moléculas.

5) Las moléculas de una misma sustancia son iguales en todos sus aspectos y distintas a las otras sustancias.

6) Las moléculas de las sustancias simples están formadas por átomos iguales (del mismo elemento). Cuando el numero de átomos que forma la molécula de una sustancia simple es uno, la molécula de esta sustancia se identifica con el átomo del elemento correspondiente.

7) Las moléculas de las sustancias compuestas están formadas por átomos de por lo menos dos elementos diferentes. El numero de átomos de cada elemento que interviene en la formación de una molécula de una misma sustancia compuesta, es el mismo para todas las moléculas de la misma sustancia.

EXPLICACION DE LAS LEYES GRAVIMETRICAS EN FUNCION DE LA TEORIA DE DALTON

La ley de la conservación de los elementos se explica desde el punto de vista de la teoría atómica, pues si se consideran los átomos indivisibles e indestructibles, todos los que entran en una reacción deben aparecer forzosamente en la constitución de los productos de la reacción.

La ley de la conservación de la masa se explica que cada átomo posee una determinada masa. Si el numero y clase de átomos se conserva al producirse la reacción, también se conserva su masa; por lo tanto, se conserva la masa total del sistema.

La ley de las proporciones constantes se explica teniendo en cuenta que cuando dos elementos se combinan para dar un compuesto, el numero de átomos de cada uno de ellos que forman la molécula es siempre el mismo.

Es decir que la molécula de una sustancia determinada tiene una determinada cantidad de átomos de cada clase.

CONCEPTO DE PESO ATOMICO RELATIVO

Dalton definió el concepto de peso atómico relativo en función de la relación de masas de átomos.

Es decir que el peso atómico resulta ser un numero abstracto, o sea sin unidad. La base de la definición de pesos atómicos según Dalton fue tomar la masa del átomo de hidrogeno como unitaria.

Si llamamos "Ax" al peso atómico relativo del elemento "x", este queda definido según Dalton por la siguiente expresión:

Como no es posible medir directamente "alfa x" (masa de un átomo de x) ni "alfa H" (masa de un átomo de Hidrogeno), se trata con masas de sustancia en las cuales se supone igual numero de átomos de "x" e igual numero de átomos de "H".

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Espero que haya resuelto las dudas de este tema tan contemporáneo y hayan disfrutado la lectura.
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