Leyes Ponderales


Las leyes ponderales son aquellas que rigen el comportamiento de la materia en los cambios químicos, en función de la masa de las sustancias que participan. 

 

Ley de la Conservación de la Masa

Respaldada por el trabajo del científico Antoine Lavoisier, esta ley sostiene que la materia (la masa) no puede crearse o destruirse durante una reacción química, sino solo transformarse o sufrir cambios de forma.  Es decir, que la cantidad de materia al inicio y al final de una reacción permanece constante

 

“En las reacciones químicas, la cantidad de materia que interviene permanece constante”

Ejemplo:

32g de azufre se calientan con 56g de hierro, formando como producto único el sulfuro ferroso.  ¿Qué cantidad de producto se obtiene de esta reacción? 

 

Solución:

De acuerdo a la ley de la conservación de la masa, la masa de los reactantes debe ser igual a la masa de los productos.  Por lo tanto, si 88g de reactantes (32g + 56g) se combinaron al inicio de la reacción, la misma cantidad de masa debe obtenerse en los productos.  Dado que el único producto es el sulfato ferroso, la cantidad de éste obtenida debe ser de 88g.

 

Ley de las Proporciones Definidas o Constantes

Enunciada por el científico Proust, esta ley mantiene que al combinarse dos o mas elementos para hacer un compuesto determinado, las masas de las sustancias que intervienen son fijas.  Es decir, que existe una proporción de combinación exacta e invariable y por lo tanto,  la composición de un compuesto específico siempre es la misma.  Por ejemplo, en la formación del agua (H2O) intervienen dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.  Relacionando sus masas, la proporción de H a O es de 1g de H por cada 8g de O.  Si reaccionan 2g de H, se combinarán con 16g de O para formar el mismo compuesto.  Así mismo, si intervienen 4g de H en la formación de agua, la cantidad de O será de 32g.  La proporción 1g H : 8g O es constante para cualquier muestra de agua, un compuesto determinado.  Si la proporción llegara a cambiar, se puede concluir que el compuesto no es el mismo y que se trata de otro compuesto diferente que contiene los mismos elementos. 

 

“En la formación de un compuesto, la cantidad de un elemento que se combina con una masa definida de otro es siempre la misma”.

Ejemplo­:

Una muestra de 100. g de óxido de mercurio (II) contiene 92.6g de mercurio y 7.40 g de oxígeno.  ¿Cuánto oxigeno se encuentra en otra muestra del mismo compuesto que contiene 150. g de mercurio?

 

Solución:

Según la ley de las proporciones definidas o constantes, la proporción de mercurio a oxígeno en el óxido de mercurio (II) es constante.  La proporción es de 92.6g Hg/7.40g O = 12.5g.  Es decir que por cada gramo de oxígeno en el compuesto, hay 12.5g de mercurio.  Si la muestra contiene 150.g de Hg, la cantidad de O es de 150./12.5 = 12.0 Por lo tanto, hay 12.0 g de oxígeno en la muestra.

  

Ley de las Proporciones Múltiples

Afirmada por el trabajo científico de John Dalton, esta ley se aplica a compuestos diferentes que se conforman de los mismos elementos.  La ley afirma que cuando existe la combinación de elementos en más de una proporción para formar diferentes compuestos, la relación entre las masas de uno de los elementos que reacciona con una misma masa de otro elemento se expresa en números enteros pequeños. 

Por ejemplo, el carbono y el  oxígeno forman dos compuestos comunes que son el dióxido de carbono (CO2) y el monóxido de carbono (CO).  El  cuadro muestra las relaciones entre los compuestos, así:

 

Compuesto

Relación por masa molar

Proporción

CO2

12g C: 32g O

1:2

CO

12g C:  16g O

1:1

 

Al comparar la relación entre las masas de oxígeno que reaccionan con una misma masa  de carbono (12g), se obtiene que esta proporción es de 32g O: 16g O, lo que es igual a 2:1 ó 2 (un número entero pequeño). 

 

“Cuando dos elementos reaccionan en más de una proporción para formar compuestos diferentes, las masas de uno de los elementos que se combinan con la misma masa de otro, están en relación de números enteros pequeños”.

 

Ejemplo:

Un mol del compuesto “A” contiene 28g de nitrógeno por cada 16g de oxígeno y un mol del compuesto B contiene 48g de oxígeno por cada 28g de nitrógeno.

Utilice la información acerca de los compuestos A y B para ilustrar la ley de las proporciones múltiples. 

  

Solución:

Comparando las masas de oxígeno que reaccionan con una misma cantidad de nitrógeno (28g), se obtiene que la relación es de 48g O: 16g O, lo que es igual a 3:1 ó 3 (un número entero pequeño).
Si se reaccionan 5g de un compuesto A con 10g de un compuesto B, ¿qué cantida de compuesto C se obtiene como producto de la reacción? 15g  (ley de la conservación de la masa)
En una reacción, el cloruro de sodio y el nitrato de plata producen nitrato de sodio y cloruro de plata.  Si 14.61g de cloruro de sodio reaccionan con 42.45g de nitrato de plata y se forman 21.25g de nitrato de sodio, ¿qué cantidad (masa) de cloruro de plata se obtiene? 35.81g (ley de la conservación de la masa)
Un mol de monóxido de carbono contiene 12g C y 16g O.  ¿Qué cantidad de carbono hay en una muestra del mismo compuesto que contiene 4.0g de oxígeno?  3.0g de carbono (ley de las proporciones definidas o constantes)
Una muestra de cloruro de sodio contiene 1.64g de sodio y 2.53g de cloro.  Otra muestra del mismo compuesto esta conformada por 3.28g de sodio y 5.06g de cloro.  ¿Explique cuál de las leyes ilustra el ejemplo anterior?  Respuesta: la ley de las proporciones definidas o constantes, dado que la proporción de sodio a cloro en el compuesto es la misma independientemente de la muestra (1.64g Na/2.53g Cl = 0.648 y 3.28g Na/5.06g Cl = 0.648). Esto refleja que en toda muestra de cloruro de sodio, por cada gramo de cloro, hay 0.648g de sodio.
Una muestra (A) contiene 2.0g de carbono y 2.66g de oxígeno.  Otra muestra (B) contiene 2.0g de carbono y 5.32g de oxígeno.  ¿Cuál(es) de los enunciados es(son) verdadero(s)?
  1. La muestra A y B son el mismo compuesto.
  2. Las muestras son de compuestos diferentes que contienen los mismos elementos.
  3. La información respalda la ley de las proporciones definidas o constantes.
  4. La información ilustra la ley de las proporciones múltiples.
  5. La información refleja una violación de la ley de la conservación de la masa.
 Respuesta:  b y d (Puesto que la proporción de C:O varía entre las muestras, por la ley de proporciones constantes se concluye que se trata de compuestos diferentes.  Dado que la relación entre las masas de O por una misma masa de C es un número entero pequeño – 2- la ley de las proporciones múltiples es respaldada por la información.)
Explique cómo la información detallada en el número 5 anterior ilustra una de las 3 leyes ponderales. La información respalda la ley de las proporciones múltiples.  Al comparar las masas de oxígeno, presentes en los dos diferentes compuestos, por una misma cantidad de carbono (2.0g), se obtiene que la relación es de 5.32g O: 2.66g O, lo que es igual a 2:1 ó 2 (un número entero pequeño).  
Un pedazo de metal se oxida y sufre un aumento de peso.  ¿Explique por qué?  De acuerdo a la ley de la conservación de la masa, la masa (materia) no puede ser creada ni destruida, únicamente transformada.  Por esta razón se concluye que el peso proviene de la adición del metal con algún otro componente.  Al oxidarse, el pedazo de metal se combina con el oxígeno en el aire (ambiente) formando un nuevo compuesto, un óxido del metal, el cual tiene un mayor peso puesto que esta formado del metal original y además de una porción de oxígeno que proviene del aire circundante.