Ley de las proporciones constantes – Part 1

Todos somos conscientes de que la materia está formada por átomos. Sorprendentemente, los filósofos griegos propusieron el concepto de átomo en el siglo V a. C. (A. C.). Su noción, sin embargo, era más filosófica que científica.

John Dalton propuso la primera teoría científica del átomo. Pocos de los postulados atómicos de Dalton demostraron ser erróneos más tarde en la investigación de JJ Thomson, Rutherford, Neil’s Bohr y Schrodinger. La mayoría de las limitaciones de la teoría de Dalton se superaron como resultado de la investigación y se propuso una nueva hipótesis conocida como teoría atómica moderna. Los siguientes son los principales postulados de la teoría atómica actual:

• Un átomo ya no se puede dividir en dos partes.
• Los átomos de un mismo elemento pueden tener masas atómicas diferentes.
• Las masas atómicas de varios elementos pueden ser iguales.
• Es posible convertir átomos de un elemento en átomos de otros elementos. Dicho de otro modo, el átomo ya no es irrompible.
• Los átomos no siempre se combinan en una proporción directa de números enteros.
• La partícula más pequeña involucrada en una reacción química es el átomo.
• La masa de un átomo se puede transformar en energía.

¿Qué es un átomo?

Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que puede o no tener una existencia independiente pero siempre está presente en una reacción química. Un átomo es la unidad más pequeña de un elemento que conserva sus características. Un átomo está formado por átomos, que no se pueden crear ni destruir. Elementos distintos tienen diferentes tipos de átomos, sin embargo, todos los átomos del mismo elemento son idénticos. Cuando los átomos se reorganizan, se producen reacciones químicas.

Masa atómica y unidad de masa atómica: la masa promedio de un átomo (o un conjunto de átomos) es igual a la suma de las masas de los electrones, neutrones y protones. La masa atómica se refiere a la masa de un solo átomo. Esto generalmente se establece en términos de una unidad de masa atómica unificada, según lo estipulado por el acuerdo internacional (AMU). La masa es 1/12 de la de un átomo de carbono-12 en su estado fundamental.

¿Qué son las Moléculas?

Las moléculas están formadas por uno o más átomos que se mantienen unidos por enlaces químicos. 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. 

por ejemplo, agua (H2O), 

Ejemplos:

• agua H2O
• nitrógeno N2
• ozono O3
• CaO rust de calcio
• C6H12O6 glucosa
• sal de mesa NaCl

¿Qué es la masa molecular?

La masa atómica de un elemento se multiplica por el número de átomos en la molécula, y luego se suman las masas de todos los elementos en la molécula.

Leyes de la combinación química

La química es el estudio del cambio de la materia de un estado a otro. La mezcla de dos formas diferentes de materia frecuentemente resulta en estas alteraciones. Ciertas leyes básicas regulan la mezcla de diferentes componentes para generar compuestos. Las leyes de la combinación química son el nombre de estas reglas.

Ley de Conservación de la masa

Esta ley afirma que ni la materia ni la energía pueden generarse ni destruirse. Dicho de otro modo, la masa total, que es la suma de la masa de la mezcla reaccionante y la masa de los productos generados, permanece constante. En 1789, Antoine Lavoisier publicó esta ley basándose en los datos que recopiló tras observar varios procesos de combustión.

Ley de las proporciones definidas

De acuerdo con la ley de composición constante, los compuestos químicos están formados por elementos que están presentes en una proporción dada en función de su masa. Esto significa que cualquier muestra pura del compuesto, independientemente de su fuente, siempre contendrá el mismo tipo de componentes en la misma proporción en masa. Considere el caso del agua pura, que siempre contendría átomos de hidrógeno y oxígeno en una relación de masa establecida. En la proporción 1:8, un gramo de agua contiene aproximadamente 0,11 g de hidrógeno y 0,88 g de oxígeno. 

La Ley de Proust es otro nombre para la ley de proporciones definidas. En algunos compuestos, se refiere a la proporción de masa de los elementos. Considere que la cantidad de átomos de nitrógeno y átomos de oxígeno en las moléculas de NO2 están en una proporción de 1:2, pero su proporción de masa es de 7:16.

A partir de su trabajo sobre sulfatos, rusts metálicos y sulfuros, Joseph Proust, un científico francés, desarrolló esta ley de proporciones constantes en 1794. Esta ley también ha sido favorecida desde la introducción de la teoría atómica de Dalton. En el año 1811, Jacob Berzelius, un científico sueco, identificó el vínculo entre ellos.

Compuestos no estequiométricos

La ley de las proporciones definidas no es universalmente cierta, a pesar de su importancia en el desarrollo de la química moderna. Se producen sustancias no estequiométricas, lo que significa que su composición elemental varía de una muestra a otra. La ley de la proporción múltiple se aplica a tales compuestos. La wustita de rust de hierro, por ejemplo, puede tener entre 0,83 y 0,95 átomos de hierro por cada átomo de oxígeno, lo que da como resultado una masa de entre 23 y 25 por ciento de oxígeno. Debido a las vacantes cristalográficas, la fórmula óptima es FeO, sin embargo, está más cerca de Fe0.95O. Las medidas de Proust no fueron lo suficientemente precisas para descubrir tales diferencias en general. Además, la composición isotópica de un elemento varía según su fuente, por lo que incluso la contribución de masa de un compuesto estequiométrico puro puede fluctuar. Porque los fenómenos astronómicos, atmosféricos, oceánicos, de la corteza, y los procesos profundos de la Tierra pueden concentrar preferentemente isótopos ambientales específicos, esta variación se emplea en la datación radiométrica. El efecto suele ser menor, con la excepción del hidrógeno y sus isótopos, pero se puede medir con la instrumentación actual. Incluso cuando son “puros”, muchos polímeros naturales (como el ADN, las proteínas y los carbohidratos) tienen composiciones diferentes. Excepto cuando su peso molecular es constante (monodisperso) y su estequiometría es constante, los polímeros no se consideran “compuestos químicos puros”. Debido a las variaciones de isótopos, aún pueden estar infringiendo la ley en esta circunstancia particular. pero se puede medir con la instrumentación actual. Incluso cuando son “puros”, muchos polímeros naturales (como el ADN, las proteínas y los carbohidratos) tienen composiciones diferentes. Excepto cuando su peso molecular es constante (monodisperso) y su estequiometría es constante, los polímeros no se consideran “compuestos químicos puros”. Debido a las variaciones de isótopos, aún pueden estar infringiendo la ley en esta circunstancia particular. pero se puede medir con la instrumentación actual. Incluso cuando son “puros”, muchos polímeros naturales (como el ADN, las proteínas y los carbohidratos) tienen composiciones diferentes. Excepto cuando su peso molecular es constante (monodisperso) y su estequiometría es constante, los polímeros no se consideran “compuestos químicos puros”. Debido a las variaciones de isótopos, aún pueden estar infringiendo la ley en esta circunstancia particular.

Excepciones a la Ley de la Proporción Constante

La ley de la proporción constante es la piedra angular de la evolución de la química, sin embargo, no se aplica a todas las sustancias químicas y contiene varias excepciones. Algunas de las excepciones a esta regla se enumeran a continuación.

1. Las proporciones de los componentes en varios compuestos no estequiométricos tienden a diferir entre muestras. Como resultado, tienden a seguir la ley de las proporciones múltiples.
2. El rust de hierro wustita, de fórmula FeO, es un ejemplo de ello. La proporción de átomos de hierro a oxígeno varía entre 0,83:1 y 0,95:1. Esto se debe a los vacíos cristalográficos que existen en las muestras como resultado de la organización desordenada de los átomos.
3. La composición isotópica de los elementos constituyentes varía entre las muestras de una sustancia. Esto tiende a crear cambios en la relación de masa.
4. Debido a la concentración preferencial de isótopos en varios procesos terrestres profundos y de la corteza, la diferencia en estas proporciones de masa entre las muestras ayuda a la datación geoquímica.
5. Esto ocurre también en una variedad de fenómenos atmosféricos, astronómicos y oceánicos. Incluso si los impactos son menores, las tecnologías contemporáneas abordan los obstáculos para medirlos.
6. Debido a que la composición de estos polímeros naturales varía, varias muestras tienen diferentes proporciones de masa.

Ejemplo de ley de proporción constante

• Tanto los átomos de hidrógeno como los de oxígeno se pueden encontrar en el agua. La molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno.
• Los átomos de Na y Cl forman la sal o NaCl. Tanto los átomos de sodio como los de cloro deben estar exactamente en la misma proporción para que se formen.
• Los átomos de hidrógeno, oxígeno y azufre forman el ácido sulfúrico. Para que se forme el ácido, los tres átomos deben estar en idéntica proporción.

Ejemplos de preguntas

Ques-1 ¿Cuáles son las excepciones de la ley de la proporción constante?

Responder

En compuestos no estequiométricos, la proporción de elementos fluctúa de una muestra a otra. Como resultado, la ley de proporciones constantes no se aplica a estos compuestos. Debido a que las masas de dos isótopos diferentes de un elemento difieren, las muestras de elementos con composiciones isotópicas variables también pueden desafiar la ley de proporciones definidas. También se ha demostrado que los polímeros naturales desafían la ley proporcional.

El análisis de Ques-2 reveló que una muestra de 0,24 g de oxígeno y compuesto de boro contenía 0,096 g de boro y 0,144 g de oxígeno. Calcule la composición porcentual del compuesto en función de su masa.

Responder 

(i) Masa de boro en el compuesto = 0,096 g

Y, Masa de compuesto = 0.24g

Entonces, Porcentaje de boro

(en compuesto) = Masa de boro en compuesto Masa de Compuesto X =100

=0.0960.24×100

= 40

(ii) Masa de oxígeno en el compuesto = 0,144 g

Y, Masa de compuesto = 0.24g

Entonces, Porcentaje de oxígeno = Masa de oxígeno en el compuesto Masa del compuesto X= 100

=0.1440.24×100

= 60

Así, la composición porcentual del compuesto es: Boro = 40 %; Oxígeno = 60 %.

Ques-3 ¿Quién fue el primero en proponer la ley de proporciones definidas?

Responder

En el año 1779, el científico francés Joseph Louis Proust propuso por primera vez la ley de las proporciones definidas. Esta es la razón por la cual la ley también se conoce como la ley de Proust. Los químicos franceses Antoine Lavoisier y Joseph Priestley fueron los primeros en hacer los descubrimientos que condujeron a esta ley.

Ques-4 Enumere algunos compuestos que siguen la ley de proporciones definidas.

Responder

Los átomos de hidrógeno y oxígeno en las moléculas de agua están dispuestos en una proporción de 2:1. Las moléculas de agua siguen la ley de proporciones constantes porque tienen una proporción de masa establecida. El metano es otra molécula química que sigue la ley de las proporciones constantes. Cuatro átomos de hidrógeno se unen con un átomo de carbono para producir una molécula de metano.

Ques-5 Explique y enuncie la Ley de Proporción Definida.

Responder

La ley de Proust, o la ley de la proporción definida, es otro nombre para la ley de la proporción constante. Esta ley afirma que cualquier compuesto químico tiene una relación de masa fija de sus partes constituyentes. No se ve afectado por la técnica de preparación o la fuente. Como resultado, si 1/4 de una sustancia química se combina con 3/4 de otra sustancia química para formar un compuesto, estas proporciones siempre serán verdaderas independientemente de la cantidad de sustancias químicas agregadas.

Esta ley de proporción constante asegura que los compuestos químicos se formen de tal manera que sus proporciones permanezcan constantes sin importar la cantidad de compuesto que se prepare.

Ques-6 Un proceso químico produce 87 g de gas de dirust de carbono a partir de una mezcla de 150 g de bicarbonato de sodio que combina bicarbonato de sodio y vinagre cuando se calienta. ¿Cuánto residuo sólido quedará en la comida?

Responder

Masa total de reactivos = Masa total de productos, según la ley de conservación de la masa.

Al calentarse, la combinación de bicarbonato de sodio (reactivo) produce residuos sólidos y dirust de carbono (productos).

Al calentarse, la combinación de bicarbonato de sodio (reactivo) produce residuos sólidos y dirust de carbono (productos).

Masa de bicarbonato de sodio = Masa de residuo sólido + Masa de dirust de carbono

Por lo tanto, la masa de residuo sólido es 150 g – 87 g = 63 g.

Ques-7 Cuando se trata de átomos y moléculas, ¿cuál es la diferencia?

Responder

Un átomo es una partícula microscópica de un elemento químico que puede o no existir de forma independiente. Las moléculas son la unidad más pequeña en un complejo, que consiste en un grupo de átomos que el enlace une entre sí. Los enlaces químicos existen entre dos o más átomos iguales o diferentes.