La formula de una sustancia - E

¿CÓMO SE AVERIGUA LA FÓRMULA DE UNA SUSTANCIA?
Como verás un poco más adelante, para averiguar las masas de los diferentes tipos de átomos
es imprescindible conocer las fórmulas de las sustancias que forman dichos átomos al
combinarse.
Pero ¿cómo se ha logrado conocer estas fórmulas?
Ya sabes que a finales del siglo XVIII y principios del XIX se descubrieron dos leyes que
cumplen todas las reacciones químicas: la Ley de conservación de la masa y la Ley de
proporciones constantes. Pero hay otro hallazgo que es importante que conozcas para poder
dar respuesta a la pregunta anterior.
En 1808, el científico francés Joseph Louis Gay-Lussac, descubrió
una nueva ley sobre las reacciones químicas al estudiar reacciones
entre sustancias en estado gaseoso. Esta ley se conoce como “Ley
de los volúmenes” y dice lo siguiente:
“Cuando reaccionan sustancias en estado gaseoso, si todas
están en las mismas condiciones de presión y temperatura, los
volúmenes de las sustancias que intervienen en la reacción
están
en
proporciones
numéricas
sencillas”
Así, al reaccionar cloro gas con hidrógeno gas para formar cloruro de hidrógeno gas, si todos
los gases están a la misma presión y temperatura, se observa que:
1 litro de cloro + 1 litro de hidrógeno → 2 litros de cloruro de hidrógeno
Si reacciona nitrógeno gas con hidrógeno gas para dar amoniaco gas, los datos experimentales
son:
1 litro de nitrógeno + 3 litros de hidrógeno → 2 litros de amoniaco
Nota: Observa que el volumen, a diferencia de la masa, no permanece constante en las reacciones químicas.
Estas observaciones no encontraron explicación hasta que el italiano Amadeo
Avogadro (1776-1856) inventó el concepto de molécula (agrupación de
átomos iguales o diferentes) y enunció una hipótesis que lleva su nombre
(hipótesis de Avogadro) según la cual:
“El volumen de un gas, en unas determinadas condiciones de presión y
temperatura, es directamente proporcional al número de moléculas
existentes, independientemente de cuál sea la sustancia en estado
gaseoso”
Es decir, doble volumen de cualquier gas (a la misma presión y temperatura) contiene doble
número de moléculas (independientemente de cómo sean esas moléculas); volúmenes
igual contienen el mismo número de moléculas, etc.
La aplicación de la hipótesis de Avogadro a reacciones entre gases permite asignar fórmulas a
las sustancias que intervienen en ellas. Vamos a verlo tomando como ejemplo dos reacciones
entre gases.
Caso 1. Reacción entre cloro gas e hidrógeno gas para formar cloruro de hidrógeno gas.
Experimentalmente se sabe que:
1 litro de cloro + 1 litro de hidrógeno → 2 litros de cloruro de hidrógeno
Y de acuerdo con la hipótesis de Avogadro:
“x” moléculas de cloro + “x” moléculas de hidrógeno → “2x” moléculas de cloruro de hidrógeno
o lo que es lo mismo:
1 molécula de cloro + 1 molécula de hidrógeno → 2 moléculas de cloruro de hidrógeno
Y ¿cómo serán estas moléculas? ¿cuántos átomos las formarán?
Hagamos algunas suposiciones:
1) Supongamos que las moléculas de cloro y de hidrógeno están formadas por un átomo:
2) Supongamos que las moléculas de cloro y de hidrógeno son diatómicas:
En este último caso, la ley de los volúmenes de Gay-Lussac se explica satisfactoriamente. Por
lo que podemos suponer que:
Fórmula del cloro → Cl2
Fórmula del hidrógeno → H2
Fórmula del cloruro de hidrógeno → HCl
Caso 2. Reacción entre nitrógeno gas e hidrógeno gas para formar amoniaco gas.
En este caso: 1 litro de nitrógeno + 3 litros de hidrógeno → 2 litros de amoniaco
Aplicando la hipótesis de Avogadro, esto significa que:
“x” moléculas de nitrógeno + “3x” moléculas de hidrógeno → “2x” moléculas de amoniaco
o lo que es lo mismo:
1 molécula de nitrógeno + 3 moléculas de hidrógeno → 2 moléculas de amoniaco
y también sabemos, a partir de la reacción entre cloro e hidrógeno, que las moléculas de
hidrógeno son diatómicas (fórmula del hidrógeno → H2).
¿Cómo podrán ser las moléculas de nitrógeno para explicar la relación entre los volúmenes de
los gases que intervienen en la reacción?
De manera que:
Fórmula del nitrógeno → N2
Fórmula del amoniaco→ NH3
Acabas de ver cómo se comenzó a asignar fórmulas a algunas sustancias sencillas. A partir de
ahí se pudieron calcular las masas de unos átomos con relación a otros y esto a su vez
permitió conocer las fórmulas de muchas otras sustancias, lo que a su vez dio lugar a. . . . . . . .
un gran avance de la Química.