Ley de Avogadro.

 

La ley de Avogadro.

La ley de Avogadro que originalmente se anunció como Hipótesis hasta que fue debidamente comprobada, dice que: volúmenes iguales, de distintos gases, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas.

Iremos haciendo distintas aplicaciones de esta ley deduciendo con ellas conceptos nuevos.  

Leyes de las combinaciones de Gay Lussac.

Las leyes de los gases que hasta ahora hemos visto, regían transformaciones físicas. Hay reacciones químicas que se producen entre los gases y que a su vez originan sustancias gaseosas. En estas reacciones se cumplen, por supuesto, las leyes gravimétricas anteriormente estudiadas; pero también fue enunciada la ley de las combinaciones gaseosas, que es una ley volumétrica.

Si se miden los volúmenes de las sustancias reaccionantes y los volúmenes de los productos gaseosos de la reacción en las mismas condiciones de presión y temperatura, para que sean comparables, se encuentran relaciones de números enteros y pequeños.

Por ejemplo:

Síntesis del cloruro de hidrogeno.

   cloro                    +     hidrogeno                  =           cloruro de hidrogeno

1 volumen                      1 volumen                                   2 volúmenes

 

B. Sintesis del agua.

Síntesis eudiometría. Se comprueba que el agua está formada de dos volúmenes de hidrogeno combinados con un volumen de oxígeno, haciendo la síntesis del agua, es decir, combinando los gases hidrogeno y oxígeno y notando exactamente en que proporción se verifica la combinación.

El eudiómetro de mercurio es un tubo de vidrio graduado, grueso, de unos 20 a 25 cm de largo y 10 a 12 mm de diámetro. La parte superior del tubo lleva dos alambres de platino; sus puntas interiores, entre las cuales saltara una chispa distan de uno a dos milímetros. El eudiómetro estando lleno de mercurio e invertido en la cuba profunda, se introducen en el 100 c.c. de H y 100 c.c. de O, tomando la precaución de efectuar las medidas a la presión atmosférica, figura 1-I.

Entonces se hace saltar la chispa; se combinan el oxígeno y el hidrogeno con formación y condensación de vapor de agua. El mercurio sube en el tubo, figura 1-II, y en su superficie se nota la formación de una pequeña cantidad de agua. El gas sobrante, enfriado y elevado a la presión atmosférica, figura 1-III, ocupa un volumen de 50 c.c. es oxígeno.  De los 150 volúmenes desaparecidos para formar agua hay, pues, 50 volúmenes de oxígeno y 100 volúmenes de hidrogeno, o sea, 2 volúmenes de hidrogeno por uno de oxígeno.

 

 

hidrogeno            +    oxigeno                      =            agua

2 volúmenes               1 volumen                               2 volúmenes


    Síntesis del cloruro de hidrogeno.

 

 Vemos que en este caso resulta condición necesaria que los átomos de hidrogeno y de cloro se combinen 1 a 1, de modo que la aplicación de Avogadro a Gay Lussac permite deducir la fórmula del cloruro de hidrogeno,

 

H2 + Cl2  ------> 2 Cl H

 

 

         Síntesis del agua.

 

En este caso se verifica la constitución de la molécula de agua H2O,

 

O2  + 2H2 = 2 H2O

 

 

     

Síntesis del amoniaco.

La reacción para la formación de amoniaco requiere de dos moléculas de nitrógeno y tres de hidrogeno, representada en forma simbólica a través del enlace químico, como se muestra a continuación,

 

De acuerdo a la ley de Avogadro, dice que: volúmenes iguales, de distintos gases, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas.

                        nitrógeno               +   hidrogeno                         =        amoniaco

                      1 volumen                  3 volúmenes                              2 volúmenes

 

Estos resultados son todos experimentales. A partir de ellos, Gay Lussac anuncio la ley de la siguiente forma:

Cuando dos gases se combinan los volúmenes de las sustancias reaccionantes guardan entre sí y con los productos gaseosos de la reacción una relación de números enteros y pequeños, medidos los volúmenes en iguales condiciones de presión y temperatura.

Esta ley puede explicarse, aplicando la ley de Avogadro, representamos con cuadrados iguales, los volúmenes iguales. De acuerdo con Avogadro, dentro de volúmenes iguales representaremos igual número de moléculas, que elegiremos arbitrariamente, por ejemplo cuatro moléculas de cada volumen. Como se trata de hacer reaccionar gases simples, representaremos moléculas biatómicas.



Vemos que para satisfacer los resultados experimentales, debemos suponer que con cada átomo de nitrógeno deben combinarse tres átomos de hidrogeno, lo cual acusa para formulas del amoniaco: NH3.

 

Historia.

La hipótesis molecular de Avogadro fue propuesta en 1811. Ocho años antes, John Dalton había adelantado la hipótesis atómica, que lleva su nombre, para dar cuenta de las leyes de las proporciones definidas y múltiples y la ley de los números combinados. De acuerdo con esta hipótesis, un átomo es la partícula más pequeña de un elemento, que actúa en la combinación química. Para determinar el "menor peso combinado" de un átomo, la teoría se mostraba a sí misma como defectuosa ya que se carecía de un método para la determinación de los pesos atómicos de los diferentes elementos. En 1808 Gay-Lussac había observado que cuando dos gases reaccionan químicamente, los volúmenes que reaccionan tienen una relación sencilla entre sí y con el volumen del producto gaseoso de la reacción. Se deduce de inmediato si elementos en un estado gaseoso se unen en proporciones simples en volumen, y si los elementos también se unen en proporciones simples por átomos, entonces el número de átomos en volúmenes iguales de los gases de reacción, a la misma temperatura y la presión, debe estar relacionados en forma simple. Pero aun así, todavía no tenemos los medios para determinar el valor numérico de esta relación, y por lo tanto no podemos usar el descubrimiento de Gay-Lussac como tal para determinar los pesos atómicos relativos.

Avogadro en 1811, dio un paso más , sugiriendo que esta relación de volumen señalada por Gay Lussac es la más simple posible, es decir, que la igualdad de los volúmenes de todos los gases, a la misma temperatura y la presión, contiene el mismo número de sus última partes, es decir las moléculas.

Se hace una distinción entre átomos elementales y pequeñas partículas de un gas. Suponiendo que las pequeñas partículas de un gas son agregados de un número definido de átomos, Avogadro llama estos agregados moléculas, para distinguirlos de los átomos últimos.

Así Avogadro modificó la hipótesis atómica y la adaptó particularmente a los gases. La hipótesis de Avogadro ha sido confirmada por tal abundancia de trabajos posteriores que se coloca ahora entre las leyes bien establecidas de la química y la física.

La misma hipótesis fue anunciada de manera independiente por el físico francés Ampere en 1814. La hipótesis de Avogadro establece que volúmenes iguales de gases contienen el mismo número de moléculas, consecuentemente, la densidad relativa de un gas es proporcional a su peso molecular. La determinación del peso molecular relativo de un gas se reduce así a una medición de laboratorio  determinando la densidad relativa del gas.

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Eduardo Ghershman, 21.6.2013

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