Leyes Ponderales y Teoría Atómica

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

Teoría Atómica de Dalton

• Dalton entendió el significado último de las leyes ponderales: la materia está formada por átomos.
• Los postulados de la teoría atómica de Dalton son:
  1. Los elementos químicos están formados por partículas pequeñísimas (átomos), que son indivisibles e inalterables.
  2. Todos los átomos de un mismo elemento son iguales y, por tanto, tienen la misma masa y propiedades, mientras que los átomos de diferentes elementos tienen distinta masa y propiedades.
  3. Los compuestos químicos están formados por la unión de átomos de diferentes elementos, y estos átomos se combinan entre sí en una relación de números enteros sencillos.
  4. En una reacción química los átomos no se crean ni se destruyen, solo se redistribuyen.

El átomo de Dalton.

• Ley de conservación de la masa o de Lavoisier: En toda reacción química que tenga lugar en un sistema cerrado, la masa total de las sustancias allí existentes se conserva.
• Ley de las proporciones definidas o de Proust: Cuando se combinan dos o más elementos para originar un solo tipo de compuesto, siempre lo hacen en una proporción fija.
• Ley de las proporciones múltiples o de Dalton: Cuando se combinan dos elementos para dar compuestos distintos, se cumple que, mientras la cantidad de uno de ellos permanece constante, la del otro varía según una relación de números enteros y sencillos.

Leyes Volumétricas de los Gases

• Ley de los volúmenes de combinación o de Gay-Lussac: Los volúmenes de los gases que se combinan para formar compuestos gaseosos, medidos todos en las mismas condiciones de presión (p) y temperatura (T), mantienen una relación de números enteros sencillos.
• Hipótesis de Avogadro: Volúmenes iguales de gases diferentes, en las mismas condiciones de p y T, contienen el mismo número de moléculas.

La combinación de la teoría atómica de Dalton, la ley de Gay-Lussac y la hipótesis de Avogadro constituye la teoría atómico-molecular.

Cantidad de Sustancia: El Mol

• Definición de mol: El mol es la cantidad de sustancia que contiene exactamente 6,022 140 76 · 10²³ (N_A) entidades elementales (átomos, moléculas, iones, etc.) de dicha sustancia.
• Masa molar de una sustancia: Es la masa que corresponde a un mol de dicha sustancia. Se representa mediante la letra M y se expresa en kg/mol o en g/mol. El valor numérico de la masa molar, cuando se expresa en g/mol, coincide con el de la masa atómica, molecular o iónica, del elemento, molécula o ion, respectivamente.

Los Gases y la Teoría Cinético-Molecular

El aire es una mezcla de gases, todos ellos incoloros. No podemos verlos, pero sí apreciarlos en las burbujas creadas al insuflarlos en el interior de un líquido. Los gases que cumplen las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac se denominan gases ideales. Los gases reales se comportan como ideales cuando están muy enrarecidos (T↑ y p↓). A temperatura y presión ambientales, la mayoría de los gases se comportan como ideales.

Teoría Cinético-Molecular

La ampliación de la teoría atómico-molecular, para compatibilizarla con las experiencias sobre gases (ideales), constituye la teoría cinético-molecular, cuyos postulados son:

1. Los gases están formados por partículas (átomos o moléculas). El tamaño de estas es despreciable comparado con las distancias que las separan, de modo que las interacciones entre ellas también pueden despreciarse.
2. Las moléculas del gas se mueven de forma continua y al azar, chocando entre sí y contra las paredes del recipiente que las contiene.
3. Los choques que se originan son completamente elásticos, es decir, no hay variación en su energía cinética.
4. La energía cinética media de las partículas de una muestra de gas ideal (E_c = 1/2 mv²) es directamente proporcional a la temperatura de la muestra (E_c = 3/2 kT, donde k es la constante de Boltzmann).

Esta teoría explica perfectamente las propiedades de los gases, líquidos y sólidos:

• Gases: Las moléculas del gas, al estar en continuo movimiento y colisionar contra las paredes del recipiente que las contiene, explican que los gases adopten el volumen de aquel, no tengan forma propia, sean fácilmente compresibles, ejerzan fuerzas de presión y se comportan según enunciaron Boyle, Charles y Gay-Lussac.
• Líquidos: Al disminuir la temperatura y aumentar la presión del gas, las distancias entre las partículas disminuyen y las interacciones entre ellas, sobre todo las de atracción, ya no son despreciables; entonces las partículas pueden cohesionar y formar la fase líquida. Propiedades como incompresibilidad, forma propia, volumen adaptable, viscosidad, volatilidad, etc., se explican por el aumento de las fuerzas intermoleculares. Se denomina presión de vapor a la presión que se mide cuando coexisten las fases líquida y gaseosa. Un líquido hierve (temperatura de ebullición) cuando la presión de vapor se iguala a la presión exterior.
• Sólidos: Al disminuir la temperatura del líquido, disminuye la energía cinética de las partículas que lo constituyen y, en consecuencia, las interacciones entre ellas son cada vez más fuertes; esto hace que las partículas vayan adoptando posiciones fijas y el líquido solidifique. Propiedades como incompresibilidad, forma y volumen propios, elasticidad, fragilidad, dureza, etc., se explican por el alto valor de las fuerzas que unen a las partículas del sólido. Un sólido sublima cuando la presión de vapor del sólido iguala la presión atmosférica a una temperatura inferior al punto de fusión del sólido.