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- En esta introducción, vamos a definir claramente la ley de las proporciones definidas
- A continuación, veremos la fórmula de la ley de las proporciones definidas
- A continuación, retrocederemos en el tiempo para explorar el experimento que condujo a la ley de las proporciones definidas
- Dedicaremos algún tiempo a ver ejemplos de aplicación de esta ley
- Por último, diferenciaremos entre la ley de las proporcionesdefinidas y la leyde las proporciones múltiples
Si no estás familiarizado con la composición de la materia o aún no has leído Composición elemental de una sustancia pura, ¡repasa esos temas y vuelve!
Definición de la ley de las proporciones definidas
Veamos qué significa realmente la definición de la ley de las proporciones definidas.
La ley de las proporciones definidas establece que la composición elemental de los compuestos p uros es una proporción fija de elementos en masa.
Vamos a ver todos los aspectos en negrita de la definición de la ley de las proporcionesdefinidas:
- Recuerda, los compuestos son una clase de materia conocida como sustancias puras, así que la composición elemental de los compuestos son átomos enlazados de dos o más elementos
- según esta ley, cada muestra de un compuesto concreto tiene una proporción fija de elementos, es decir, los mismos elementos en las mismas proporciones en masa
- Estamos viendo la proporción de elementos en los compuestos según sus pesos moleculares, que es la composición porcentual.
Otra forma de decir que los compuestos tienen una proporción fija de compuestos en masa es decir que siempre tienen la misma composición porcentual. Esto se debe a que la composición porcentual se refiere a la masa relativa de cada elemento en un compuesto. Presentamos la composición porcentual en Composición elemental de una sustancia pura, ¡así que échale un vistazo para refrescarla!
La implicación de la ley de la proporción definida es que, independientemente del origen de los elementos o de la cantidad del compuesto, la proporción de elementos debe ser constante para formar el compuesto.
Basándonos en lo que hemos visto hasta ahora, si tomamos 10 L de agua de un lago y 5 L de agua de un río, ¿será mayor la proporción de hidrógeno y oxígeno en la muestra de 10 L? ¿Por qué sí o por qué no? ¡Tómate un segundo para pensar tu respuesta antes de que la analicemos juntos!
La respuesta correcta es: No, la proporción no será mayor en la muestra de 10 L. La ley de las proporciones definidas nos dice que el agua siempre tendrá la misma proporción de elementos. Ambas muestras de agua están compuestas por 2 átomos de hidrógeno y 1 átomo de oxígeno. Las moléculas de agua tienen un 11 % de hidrógeno y un 88 % de oxígeno en masa. Por tanto, ¡la muestra de 10 L y la muestra de 5 L del agua tendrán la misma proporción de elementos!
Fig.1-Según la ley de las proporciones definidas, el agua pura (H2O) de cualquier fuente tiene la misma composición porcentual de Hidrógeno y Oxígeno.
Fórmula de la ley de las proporciones definidas
Ahora que ya estamos familiarizados con el aspecto conceptual de la ley de las proporciones definidas, ¡echemos un vistazo a una fórmula que muestra la relación entre los compuestos y las proporciones definidas!
Una forma fácil de representar la ley de las proporciones definidas es mediante la fórmula de composición porcentual :$$\begin {align}\%\,Composición,de,AB &= \%\\%\,de,A &= \frac{masa,de,elemento,A*átomos,de,elemento,A}{total,molecular,masa,de,AB}*100% \%\\%\,de,B &= \frac {masa,de,elemento,B*átomos,de,elemento,B} {total,molecular,masa,de,elemento,AB}*100% \frac\final {align}$$
A continuación, haremos un par de ejemplos aplicando laley de las proporciones definidas y ¡determinaremos la composición porcentual de varios compuestos!
Ejemplos de la ley de las proporciones definidas
Un ejemplo amplio de la ley de las proporciones definidas sería la Glucosa (C6H12O6). La glucosa siempre está formada por 6 átomos de carbono, 12 átomos de hidrógeno y 6 átomos de oxígeno. Ésta es la única proporción de estos tres elementos que puede dar lugar a la glucosa.
Teniendo esto en cuenta, repasaremos un ejemplo minucioso de aplicación de laley de la proporción definida calculando la composición porcentual de la glucosa en conjunto.
Un tipo de pregunta que es importante saber responder es la siguiente:
Halla la composición porcentual de todos los elementos de la glucosa (C6H12O6).
1) En primer lugar, tenemos que descomponer una molécula de glucosa en los elementos correctos
- 6 átomos de carbono
- 12 átomos de hidrógeno
- 6 átomos de oxígeno
2)A continuación, miramos la tabla periódica para determinar la masa atómica relativa de estos elementos y la multiplicamos por el número de átomos de cada elemento
- C : \(6\,átomos*12,011\frac{g}{mol}=72,066\,g\)
- H : \(12\,atoms*1.008\frac{g}{mol}=12.096\,g\)
- O : \(6\,átomos*15,999frac{g}{mol}=95,994,g\)
4) A continuación, hallamos el peso total de la glucosa:
$$72.066\,g+12.011\,g+95.994\,g=180.156\,g$$
5) Por último, calculamos el porcentaje de masa de cada elemento utilizando nuestra ecuación:
$$mass\%=\,(\frac{mass\,of\,component}{mass\,of\,total})*100\%$$
- Masa % de C = $$(\frac{72,066\,g}{180,156\,g})*100\%=40,001\%$$
- Masa % de H = $$(\frac{12,096\,g}{180,156\,g})*100\%=6,714\%$$
- Masa % de O = $$(\frac{95,994\,g}{180,156\,g})*100\%=53,284\%$
¡He aquí otro tipo de pregunta que aplica la ley de las proporciones definidas!
Si la composición porcentual del carbono enel CO2 es del 29,27%, ¿cuál es la composición porcentual del oxígeno?
¡Hay una forma sencilla de resolverlo! La composición porcentual de todos los elementos debe sumar 100%. Por tanto, podemos restar 29,27 de 100, lo que significa que el porcentaje de masa de oxígeno es 72,71%.
He aquí algunos consejos para calcular el porcentaje de masa:
- presta siempre atención a lo que pide exactamente la pregunta (porcentaje de masa, masa en g, etc.)
- todos tus porcentajes al final deben sumar siempre 100%.
Experimento sobre la ley de las proporciones definidas
Quizá pienses que laley de las proporciones definidas parece bastante sencilla. Por supuesto, ¡un compuesto tendría que estar formado siempre por la misma proporción de elementos! Pero, al igual que la ley de la gravedad no siempre fue obvia, ¡el concepto de proporciones definidas en los compuestos era desconocido!
A principios del siglo XIX, un químico llamado Joseph Proust experimentó con carbonato de cobre (CH₂Cu₂O₅). Proust sintetizó carbonato de cobre artificial y comparó este producto de laboratorio con el carbonato de cobre natural. Tras analizar ambas sustancias, Provost descubrió que las dos muestras de carbonato de cobre contenían las mismas proporciones en peso de los tres elementos implicados: carbono, oxígeno y cobre. En palabras del propio Proust, el experimento demostró que
Un compuesto químico contiene siempre los mismos elementos combinados en la misma proporción en masa. - Joseph Proust
¡Así nació la ley de las proporciones definidas!
Ley de las proporciones definidas vs. Ley de las proporciones múltiples
Aunque Proust publicó su ley hacia 1794, hasta que el químico John Dalton no publicó su teoría atómica y su ley de las proporciones múltiples hacia 1804, la ley de las proporciones definidas no fue ampliamente aceptada.
La ley de Dalton de las proporciones múltiples afirma que cuando dos elementos pueden combinarse para formar multitud de compuestos diferentes, un elemento con una masa fija se combina con masas diferentes del segundo elemento, cuya relación de masas puede expresarse como una relación de números enteros pequeños.
La ley de las proporciones múltiples explicaría compuestos como
- NO, NO2
- CO,CO2
- CH2, CH4
Estos compuestos están formados por los mismos elementos, pero tienen proporciones diferentes del segundo elemento en los dos compuestos.
Fig.2-Proporciones de NO y NO2Veamos un ejemplo para comprender mejor la aplicación de la ley de las proporciones múltiples.
Observando el NO y el NO2, podemos ver cómo se aplica esta ley.
La masa de nitrógeno en ambos compuestos permanece fija en 14 g
La masa de oxígeno en NO = 16 gramos
La masa de oxígeno en NO2 = 32 gramos
La relación de masas entre el O en el NO y el NO2 es 32:16, ¡lo que puede simplificarse a 1:2!
¡Puedes observar que la proporción 1:2 del O en el NO y el NO2 está representada por fórmulas moleculares! Es importante darse cuenta de que las fórmulas moleculares no se conocían cuando Dalton publicó la Ley de las Proporciones Múltiples. Los químicos sabían que cuando diferentes masas de oxígeno se enlazaban con una masa fija de carbono, ¡se formaban compuestos diferentes con propiedades distintas! Así pues, ¡esta ley fue una de las cosas que allanó el camino a las fórmulas moleculares!
Ley de las proporciones definidas - Puntos clave
- La ley de las proporciones definidas establece que la composición elemental de los compuestos puros es una proporción fija de elementos en masa. Se atribuye a Joseph Proust la publicación de la ley.
- Las implicaciones de esta ley significan que, independientemente de la fuente o la cantidad de un compuesto, la proporción en masa de los elementos en el compuesto es la misma.
- La proporción de masa del elemento en un compuesto se conoce como composición porcentual.
- La fórmula relacionada con la Ley de las Proporciones Definidas es, % masa = (masa del elemento/masa del compuesto) x100
- La Ley de las Proporciones Múltiples explica que la relación de las proporciones de masa de los elementos que pueden formar dos compuestos distintos será de números enteros pequeños.
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