TEORÍA ATÓMICA DE LA MATERIA

2. DESARROLLO DEL MODELO ATÓMICO-MOLECULAR DE LA MATERIA

 

 

2.1 Trabajos de Gay-Lussac sobre reacciones químicas entre gases

 

 

 

Gay-Lussac investigó sobre el comportamiento de los gases estudiando las reacciones químicas entre sustancias en fase gaseosa y, en particular, la proporción en que se combinaban los volúmenes de dichas sustancias. De acuerdo con lo visto sobre el comportamiento de los gases, el estudio de los volúmenes que se combinan, puede dar información sobre la proporción en que se combinan las partículas tal y como vamos a ver a continuación.

A.23. Partiendo de la ecuación general de los gases, indicad qué relación puede haber entre el número de partículas contenidas en volúmenes iguales de distintos gases, todos ellos a la misma presión y temperatura.

De acuerdo con la ecuación de los gases PV = CNT, no cabe duda de que si la presión, la temperatura y el volumen son los mismos, el número de partículas (moléculas) de gas ha de ser también el mismo, ya que la constante C es la misma para todos los gases.


Gay-Lussac, en la primera mitad del siglo XIX, había constatado experimentalmente que los volúmenes de gases que reaccionan (en las mismas condiciones de presión y de temperatura) están en una proporción numérica muy sencilla, lo cual se interpreta fácilmente si se supone, como se deriva de las hipótesis hechas hasta aquí, que: volúmenes iguales de diferentes gases en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de partículas (esto mismo fue postulado por el químico italiano Avogadro, como algo que ayudaba a explicar las reacciones entre sustancias en fase gaseosa, por lo que se conoce como “hipótesis de Avogadro”).


El principal interés de los trabajos de Gay-Lussac radica en que la relación existente entre los volúmenes de distintos gases implicados en una reacción química y los números de moléculas correspondientes permite, como vamos a ver, conocer la proporción en que se combinan dichas moléculas y determinar de forma experimental la fórmula química de muchos compuestos.

A.24. Al realizar Gay-Lussac sus experiencias encontró que al reaccionar el cloro e hidrógeno gaseosos en determinadas condiciones de presión y temperatura, ocurría que:
Cada volumen de cloro que reaccionaba, lo hacía con un volumen igual de hidrógeno y se obtenían dos volúmenes iguales de cloruro de hidrógeno, tal y como se en el siguiente esquema:

a) Deducid la relación entre el número de partículas de los distintos gases que intervienen en la reacción propuesta.
b) ¿Cuales podrían ser las fórmulas del hidrógeno, cloro y cloruro de hidrógeno para que se cumplan las proporciones establecidas?

Como se trata de volúmenes iguales a la misma presión y temperatura, el número de partículas presentes en cada uno deberá ser el mismo. Por tanto la proporción en que se combinan los gases anteriores se podrá expresar tanto en volúmenes como en número de partículas:


Los resultados experimentales nos dicen que por cada N partículas de cloro que reaccionan, lo hacen con N de hidrógeno para dar 2N partículas de cloruro de hidrógeno. Dichos resultados nos dicen también que ni la fórmula del cloro puede ser Cl ni la del hidrógeno H (ya que entonces la reacción entre ambos vendría dada por Cl + H = HCl, por lo que se deberían obtener N partículas de cloruro de hidrógeno y no 2N como se desprende de los resultados experimentales). Por otro lado, si las partículas de cloro y de hidrógeno estuviesen constituidas por dos átomos (Cl2 y H2) todo encajaría ya que entonces cada N partículas de Cl2 que reaccionarán lo harían con N de H2 para dar 2N de HCl coherentemente con los resultados experimentales. La reacción podría escribirse entonces como:


Es decir, las moléculas de hidrógeno y de cloro son diatómicas (H2 y Cl2 respectivamente). Este resultado y otros similares hicieron que se abandonase la idea de que las sustancias simples debían estar formadas necesariamente por átomos sueltos (ser monoatómicas). La ecuación anterior nos muestra la proporción en que se combinan el cloro con el hidrógeno. Es importante no confundirse ya que a veces se piensa, erróneamente, que los coeficientes que aparecen delante de las fórmulas indican las partículas que reaccionan. Una lectura correcta de la ecuación debería llevar a decir que, aunque suelen reaccionar entre sí muchos millones de moléculas, cada una de las moléculas de cloro que se combina lo hace con una de hidrógeno para dar dos moléculas de cloruro de hidrógeno. No hay que confundir tampoco las fórmulas de estas sustancias simples H2 y Cl2 con los símbolos de los átomos de hidrógeno y cloro (H y Cl respectivamente).

A.25. Interpretad la siguiente reacción, escribiendo la ecuación química correspondiente:
Por cada litro de nitrógeno gas que se combina con tres litros de hidrógeno gas, se obtienen dos litros de amoníaco gas, (siempre y cuando todos los volúmenes se midan a igual presión y temperatura).

Rdo. N2 + 3H2 = 2 NH3

INFORMACIÓN:

De acuerdo con la hipótesis de Avogadro, cada partícula de nitrógeno ha de combinarse con tres de idrógeno para dar dos de amoniaco.