Ley de las proporciones constantes

Dado que los átomos son demasiado pequeños para ser observados, los estudios para determinar su estructura y comportamiento deben llevarse a cabo utilizando una gran cantidad de ellos. Podemos intentar construir un modelo hipotético de un átomo que actúe como uno real según los resultados de estos estudios.

Los enlaces covalentes (químicos) mantienen uno o más átomos juntos en moléculas. Los átomos se representan como formas circulares con un núcleo en el medio (que contiene protones y neutrones), rodeados por uno o más círculos concéntricos que representan las «capas» o «niveles» del átomo en los que se ubican los electrones que rodean el núcleo, y marcas que significan el electrón. cada vez. Una molécula es la unidad más pequeña de una sustancia que aún puede clasificarse como la misma sustancia. Está formado por dos o más átomos que están unidos químicamente entre sí.

Ley de Conservación de la masa

Una masa no se puede generar ni destruir en un sistema aislado, pero se puede convertir de una forma a otra.

La masa de los reactivos debe ser igual a la masa de los productos en un proceso termodinámico de baja energía, según la ley de conservación de la masa. Se cree que la conservación de la masa se define por algunas suposiciones de la mecánica clásica. Con la ayuda de la mecánica cuántica y la relatividad especial, la ley de conservación de la masa se modificó posteriormente hasta el punto en que la energía y la masa son ahora una cantidad conservada. La conservación de la masa fue descubierta por Antoine Laurent Lavoisier en 1789.

Fórmula de la Ley de Conservación de la Masa

En mecánica de fluidos y mecánica de medios continuos, la ley de conservación de la masa se puede expresar en forma diferencial usando la ecuación de continuidad como:

∂ρ∂t +▽ (ρv) = 0

dónde;

• ρ es la densidad,
• es el momento,
• v es la velocidad, y
• ▽ es la divergencia.

Ejemplos de Ley de Conservación de la Masa 

• Proceso de combustión : La quema de madera es una conservación de la masa ya que la quema de madera involucra oxígeno, dirust de carbono, vapor de agua y cenizas.
• Reacciones químicas : Para obtener una molécula de agua H2O de peso molecular 10, se le añade Hidrógeno de peso molecular 2 con Oxígeno de peso molecular 8, conservando así la masa.

La Ley de Conservación de Masa-Energía

La ley de conservación de masa-energía, que establece que la masa y la energía totales de un sistema permanecen constantes. En esta revisión se incorpora el conocimiento de que la masa y la energía se pueden convertir de una a otra. porque la cantidad de energía producida o utilizada en una reacción química normal es muy pequeña. En una reacción, el número total de átomos permanece igual. 

Esta suposición nos permite formular una reacción química como una ecuación balanceada, en la que ambos lados de la ecuación tienen el mismo número de moles de cada elemento. Otra aplicación importante de esta ley es la determinación de las masas de reactivos y productos gaseosos. Cualquier masa residual se puede atribuir al gas si se conocen las sumas de los reactivos y productos sólidos o líquidos.

Aunque puede parecer que la quema destruye la materia, la misma cantidad (o masa) de la materia permanece después de una fogata. Cuando la madera se quema, se combina con el oxígeno y se transforma en cenizas, dirust de carbono y vapor de agua, entre otras cosas. Los gases flotan en el aire, dejando solo las cenizas.

La ley de las proporciones constantes

De acuerdo con la ley de proporciones constantes, los compuestos químicos están formados por elementos que están presentes en una relación de masa estable. Esto significa que, independientemente de la fuente, cada muestra pura de una sustancia química siempre tendrá los mismos elementos en la misma proporción de masa. 

El agua pura, por ejemplo, siempre tendrá una relación de masa constante de hidrógeno a oxígeno (un gramo de agua consta de aproximadamente 0,11 gramos de hidrógeno y 0,88 gramos de oxígeno, la relación es 1:8). Los compuestos químicos están formados por elementos que tienen una relación másica constante, según la ley de las proporciones constantes. Esto indica que cualquier muestra pura de una sustancia química siempre tendrá los mismos elementos en la misma proporción de masa, independientemente de la fuente.

A partir de su trabajo sobre sulfuros, rusts metálicos y sulfatos, el científico francés Joseph Proust creó la ley de las proporciones constantes en 1794. En el siglo XVIII, esta regulación enfrentó mucha hostilidad por parte de la comunidad científica. La introducción de la teoría atómica de Dalton favoreció esta ley, y el químico sueco Jacob Berzelius demostró una relación entre las dos nociones en 1811.

Excepciones a la Ley de las Proporciones Constantes

La ley de las proporciones constantes no se aplica a todas las sustancias químicas, a pesar de su importancia en la evolución de la química. Esta ley tiene algunas excepciones, que se describen a continuación.

• La composición de los componentes de algunos compuestos no estequiométricos varía de una muestra a otra. En cambio, la ley de las proporciones múltiples gobierna estos compuestos.
• La wustita, un rust de hierro con la fórmula química FeO, es uno de esos ejemplos. La proporción de átomos de hierro a oxígeno puede variar entre 0,83 y 0,95.
• Esto se debe a los vacíos cristalográficos en las muestras, que son creados por una disposición atómica caótica.
• La composición isotópica de los elementos constituyentes de un compuesto puede diferir entre muestras. Las proporciones de masa pueden fluctuar como resultado de esto.
• Debido a la concentración preferencial de isótopos en muchos procesos profundos de la Tierra y de la corteza, los cambios en las proporciones de masa entre las muestras son muy valiosos en el proceso de datación geoquímica.
• Muchos procesos marinos, atmosféricos e incluso celestes se ven afectados por esto. A pesar de que los impactos son menores, la instrumentación moderna ha resuelto los obstáculos para medirlos.
• Debido a que los polímeros naturales tienen una amplia gama de composiciones, diferentes muestras pueden tener proporciones de masa variadas.

Ley de Dalton

En su publicación de 1804, Un nuevo sistema de filosofía química, el químico y meteorólogo inglés John Dalton introdujo el concepto de proporciones múltiples, a menudo conocido como la ley de Dalton. Es una regla estequiométrica. La ley afirma que cuando los elementos forman compuestos, las proporciones de los componentes en esos compuestos químicos pueden establecerse en proporciones de números enteros pequeños. Se basó en las observaciones de Dalton de las reacciones de los gases atmosféricos.

Los átomos de carbono y oxígeno, por ejemplo, pueden reaccionar para producir monrust de carbono (CO) y dirust de carbono (CO ₂ ) (CO ₂ ). La cantidad de oxígeno comparada con la cantidad de carbono en el CO ₂ tiene una proporción fija de 1:2, que es una proporción de números enteros. La relación en CO es 1:1.

Dalton propuso la idea de que toda la materia está formada por diversas combinaciones de átomos, que son los componentes básicos indivisibles de la materia, en su teoría de la estructura y composición atómica. Estas reglas sientan las bases de nuestra comprensión actual de la estructura y composición atómica, así como de conceptos como las ecuaciones moleculares y químicas.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: Indique la Ley de conservación de la masa y la energía.

Responder: 

Aunque la masa y la energía no se pueden convertir, su total permanece constante durante cualquier transformación física o química.

La masa de los productos en una reacción nuclear es ligeramente menor que la de los reactivos. La razón de esto es que la masa perdida se transforma en energía usando la siguiente ecuación:

Aquí,

m = masa perdida

c = velocidad de la luz

Pregunta 2: Si se calientan 4,2 g de KClO3, el resultado es 1,92 g de O y 2,96 g de KCl. Demuestre que este resultado sigue la ley de conservación de masas.

Responder: 

KClO3 → KCl + 3/2 O ₂

Suma de masas de productos.

1,92 + 2,96 = 4,88g

La diferencia entre la masa total de reactivos y productos y la suma de productos se calcula de la siguiente manera:

0,02 g = 4,9 – 4,88

Pregunta 3: El valor debe haber sido cero en este caso; sin embargo, para los errores experimentales, todavía se aplica la ley de conservación de la masa.

¿Cuál es la Fuente Última de Energía si no se puede crear ni destruir?

Responder: 

El Big Bang es la fuente de donde obtenemos energía. Al principio de los tiempos, toda la energía fue producida. A medida que el universo se expandió, creó una variedad de materiales, que a su vez produjeron energía.

Pregunta 4: Se combinaron 5,3 g de carbonato de sodio y 6 g de ácido etanoico en un proceso. Los productos finales fueron 2,2 g de dirust de carbono, 0,9 g de agua y 8,2 g de etanoato de sodio. Demuestre que estos hallazgos son consistentes con la ley de conservación de la masa.

etanoato de sodio + dirust de carbono + agua carbonato de sodio + ácido etanoico etanoato de sodio + dirust de carbono + agua

Responder: 

El carbonato de sodio interactúa con el ácido etanoico para generar etanoato de sodio, dirust de carbono y agua en la reacción dada. 5,3 gramos de carbonato de sodio (Dado)

Masa de carbonato de sodio = 5,3 g (Dado)

Masa de ácido etanoico = 6 g (Dado)

Masa de etanoato de sodio = 8,2 g (Dado)

Masa de dirust de carbono = 2,2 g (Dado)

Masa de agua = 0,9 g (Dado)

Ahora, masa total antes de la reacción = (5.3 + 6) g= 11.3 g

Después de la reacción, la masa total es (8.2 + 2.2 + 0.9) g.(11.3 g)

Antes de la reacción, la masa total era igual a la masa total después de la reacción.

Como resultado, las observaciones son consistentes con la ley de conservación de la masa.

Pregunta 5: ¿En qué supuesto de la teoría atómica de Dalton resulta la ley de conservación de la masa?

Responder:

‘El número relativo y los tipos de átomos son constantes en un compuesto dado’, según la teoría atómica de Dalton, que se basa en la regla de conservación de la masa. En una reacción química, los átomos no pueden generarse ni destruirse.’

Postulados de la teoría atómica de Dalton

1. Los átomos son los bloques de construcción indestructibles de la materia..
2. Todos los átomos de un elemento dado tienen las mismas propiedades, incluida la masa. Esto puede expresarse alternativamente como los átomos de un elemento que tienen todos la misma masa, mientras que otros elementos tienen masas variables.
3. Los compuestos se forman cuando los átomos de diferentes elementos se mezclan en proporciones específicas.
4. Los átomos no se hacen ni se destruyen a sí mismos. Esto significa que no se generan ni destruyen átomos durante los procesos químicos.
5. El reordenamiento de los átomos existentes da como resultado la producción de nuevos productos (compuestos) (reactivos).
6. La masa, el tamaño y muchas otras propiedades químicas y físicas de los átomos de un elemento son todas iguales.
7. Aun así, la masa, el tamaño y muchas otras propiedades químicas y físicas de los átomos de dos elementos diferentes difieren.

Pregunta 6: El agua se forma cuando el hidrógeno y el oxígeno se mezclan en una proporción de masa de 1:8. ¿Cuánto oxígeno gaseoso se necesitaría para reaccionar totalmente con 3 g de hidrógeno gaseoso?

Responder:

Se da que la relación de hidrógeno y oxígeno en masa para formar agua es 1:8.

Entonces, la masa de oxígeno gaseoso requerida para reaccionar completamente con 1 g de hidrógeno gaseoso es de 8 g.

Por lo tanto, la masa de oxígeno gaseoso requerida para reaccionar completamente con 3 g de hidrógeno gaseoso es 8 × 3 g = 24 g.

Pregunta 7: ¿En qué supuesto de la teoría atómica de Dalton resulta la ley de conservación de la masa?

Responder:

El siguiente es el postulado de la teoría atómica de Dalton, que se basa en la regla de conservación de la masa:

En una reacción química, los átomos son partículas indivisibles que no pueden formarse ni destruirse.