teoría atómica de dalton
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Física.
La evidencia química y física.
18/04/2012
Equipo 2.
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Física.
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Evidencia química.
Teoría atómica de Dalton.
Un año después de enunciar la ley de las proporciones
múltiples, Dalton fundamentó las leyes ponderales con la teoría
llamada atómica. En ella se considera que la materia está
formada por pequeñas partículas llamadas átomos. Todos los
átomos de un mismo elemento son iguales en masa y
propiedades.
Los átomos se agrupan en moléculas y forman los compuestos
y, en una reacción química, las moléculas de los compuestos se
descomponen en sus átomos y se reagrupan en moléculas
distintas de las iniciales; por lo tanto, con distintas propiedades.
La teoría de Dalton justifica las leyes de Lavoisier y la del propio
Dalton: las masas del monóxido de carbono y el dióxido de
carbono son la suma de la masa del carbono y la de uno o dos
oxígenos, respectivamente (Lavoisier). Para A gramos de
carbono, las masas de oxígeno están en la proporción de dos es
a uno (Dalton).
Leyes de las proporciones definidas o constantes.
El químico francés Joseph Louis Proust (1754 – 1826) la enunció
en 1799 de la siguiente manera: cuando dos o más elementos
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se combinan químicamente entre sí para formar un compuesto
determinado lo hacen siempre en una relación de masas
constantes. Por esta razón suele llamarse ley de lasproporciones constantes o definidas. En la figura se observa
cómo la proporción que existe entre la masa de oxígeno y la
masa de hidrógeno en los dos casos expuestos es la misma: 8.
Una expresión de esta ley para la reacción:
Donde “m” es la masa de los elementos y K, una constante
característica de cada reacción llamada constante de Proust. En
la reacción del ejemplo la constante es 8.
Ley de Dalton.
La propuso John Dalton en 1804 con el nombre de ley de las
proporciones múltiples: cuando al combinarse químicamente
dos elementos pueden proporcionar dos o más compuestos
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distintos se cumple que, para la misma masa de uno de ellos,
las masas del otro elemento están entre sí una relación de
números naturales sencillos.
Por ejemplo, el cobre y el oxígeno al combinarse pueden formar
el óxido de cobre (I) o el óxido de cobre (II). El primer caso por
cada 100g de cobre se precisan 12,5g de oxígeno, mientras que
en el segundo para la misma cantidad de cobre se necesitan 25g
de oxígeno, si buscamos la relación entre las cantidades de
oxígeno veremos: 25/12,5 = 2, que es un número natural muy
sencillo.
Leyes volumétricas.
Durante la primera década del siglo XIX, el físico y químico
francés Louis Joseph Gay-Lussac (1778 – 1850) estudió las
relaciones que existían entre los volúmenes de los gases en una
reacción, los volúmenes de los reactivos gaseosos, todos
medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura,
están en una proporción de números naturales pequeños.
También se encuentran en una proporción de este tipo los
productos de la reacción gaseosos entre ellos y con las
sustancias reaccionantes.
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Hipótesis de Avogadro.
En 1811 el físico italiano Amadeo Avogadro (1776 – 1856)
interpretó de manera muy sencilla las leyes de Gay-Lussac:
volúmenes de cualquier gas, medidos a la misma presión y la
misma temperatura contienen el mismo número de moléculas.
Así, cuando existe una reacción química, una molécula puede
reaccionar con otra, o con dos o tres moléculas de los reactivos,
sus volúmenes adoptarán esta misma proporción y lo mismo se
podrá comentar de los productos de la reacción que presentarán
un número pequeño de moléculas.
Peso molecular.
Representa la masa relativa promedio de una molécula de una
sustancia covalente. Se determina sumando los pesos atómicos
de los elementos teniendo en cuenta el número de átomos de
cada uno en la molécula.
La determinación del peso molecular de un gas precisa cuatro
datos: la masa de sustancia contenida en el volumen gaseoso, el
volumen, la presión y la temperatura. Como la presión y la
temperatura son fácilmente medibles, basta con determinar la
masa de sustancia contenida en un volumen conocido (método
de Dumas) o el volumen de gas producido por el peso dado de
sustancia (método de Víctor Meyer).
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El método de Dumas consiste en introducir una pequeña
cantidad de líquido en un matraz terminado en un tubo capilar.
Se lleva el líquido a ebullición y la diferencia de pesos entre elmatraz lleno de agua y lleno de aire permite determinar el peso
del vapor y su volumen. El peso molecular se calcula de modo
inmediato una vez determinados la masa de la sustancia y su
volumen como vapor a la presión y temperaturas dadas.
El método de Víctor Meyer emplea un tubo de vidrio largo con
dos tabuladoras laterales en la parte superior, una para recoger
el aire desplazado en una campana de gases y otra provista de
una varilla de vidrio. Este dispositivo se halla colocado en el
interior de un tubo mayor en el que se hace hervir un líquido
adecuado por encima del punto de ebullición del líquido cuyo
peso molecular interesa determinar.
A continuación se extrae el aire contenido en el tubo exterior
por calentamiento, y posteriormente se deja caer una pequeña
cantidad de líquido en una pequeña botellita provista de tapón
en el tubo interior, en la parte inferior de la cual se ha colocado
previamente un poco de lana de vidrio para evitar su rotura. Al
calentar, el líquido contenido en la botellita se evaporiza
desalojando un volumen igual de aire, que se recoge en la
campana de gases. Conocido este volumen y efectuadas las
correspondientes, resulta inmediato calcular el peso molecular
de la sustancia.
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Mendeléiev y la tabla periódica.
Antes de la clasificación actual hubo otros intentos que con
mayor o peor éxito pusieron un poco de orden entre los
elementos conocidos en esos tiempos.
En 1829, el físico alemán Johann Wolfgang Döbereiner (1780 –
1849) se dio cuenta de que con frecuencia los elementos podían
agruparse de tres en tres con unas propiedades parecidas: cloro,
bromo y yodo; azufre, selenio y teluro, etc. En casi casi todos los
casos que se conocían el elemento central poseía una masa
atómica que era la media aritmética de los otros dos. Este hecho
indicaba que existían relaciones entre las propiedades de los
elementos, pero no se encontró explicación alguna que las
justificara.
En 1862, el geólogo y químico francés Alexandre Emile Beguyer
de Chancourtois (1820 – 1886) colocó todos los elementos
conocidos por orden de masas atómicas en una línea arrollada
helicoidalmente a un cilindro, así pudo advertir algunas
coincidencias entre los elementos cuyas posiciones coincidían
en vertical. Tres años más tarde en 1865, el químico británico
John Alexander Reina Newlands (1837 – 1898), tras seguir el
mismo criterio de ordenación, comprobó que cada ocho
elementos se repetían algunas propiedades. Esta clasificación la
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perfeccionó el químico ruso Dimitri Ivánovich Mendeléiev (1834
– 1907), que en su obra Principios de la química describe su ley
periódica que anuncia que algunas propiedades de lassustancias simples, como la forma o las propiedades de sus
combinaciones, son función de su masa atómica.
Su ordenación adolecía de algunos defectos, como, por ejemplo,
que el yodo y el teluro que tenían sus posiciones
intercambiadas, o que había que dejar algunos huecos para los
elementos desconocidos.
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Evidencia física.
Movimiento browniano.
En 1827 el botánico escocés Robert Brown, que se
encontraba investigando una suspensión de partículas de
polen en una solución acuosa, observó al microscopio que
las partículas de polen tenían un movimiento caótico e
incesante.
En un principio se pensó que este movimiento podía
deberse al polen vivo, pero se observó que los granos de
polen que habían sido conservados durante siglos
también se movían de la misma forma y que las motas de
polvo suspendidas en el aire tenían un comportamiento
similar.
En 1905 Einstein publicó un artículo titulado Sobre e
movimiento requerido por la teoría cinética molecular del
calor de pequeñas partículas suspendidas en un líquido
estacionario en el que, por métodos estadísticos, obtuvo
una ecuación que representaba el movimiento de las
moléculas de agua golpeando a los granos de polen o a
cualquier otro pequeño cuerpo.
Resulta sorprendente que en esta ecuación figurara el
tamaño de la molécula del agua, ya que por aquél
entonces aún había científicos que no creían en la
existencia real de átomos y moléculas y sólo los
consideraban ficciones teóricas útiles para comprender las
reacciones químicas.
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En este trabajo, Einstein no sólo explicaba el movimiento
browniano, sino que proporcionaba una evidencia
experimental de la existencia de los átomos y daba un
considerable impulso a los estudios de mecánica
estadística y a la propia teoría cinética de los fluidos, que
por aquél entonces se encontraban inmersas en
importantes controversias
Teoría cinética de los gases.
Es una teoría física que explica el comportamiento y
propiedades macroscópicas de los gases a partir de una
descripción estadística de los pesos moleculares microscópicos.
La teoría cinética se desarrolló con base en los estudios de los
físicos como Ludwing Boltzmann y James Cleark afínales del
siglo XX.
Ley de electrolisis de Faraday.
La electrólisis es la descomposición que sufren algunos
compuestos químicos cuando a través de ellos pasa corriente
eléctrica.
Las leyes que enunció Faraday fueron las siguientes:
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1) El peso de una sustancia depositada es proporcional a la
intensidad de la corriente (o sea, al número de electrones por
segundo) y al tiempo que ésta circula.
2) El peso de una sustancia depositada durante la electrólisis es
proporcional al peso equivalente de la sustancia.
Estructura cristalina.
Los materiales sólidos se pueden clasificar de acuerdo a la
regularidad con que los átomos o iones están ordenados uno
con respecto al otro. Un material cristalino es aquel en que los
átomos se encuentran situados en un arreglo repetitivo o
periódico dentro de grandes distancias atómicas; tal como las
estructuras solidificadas, los átomos se posicionarán de una
manera repetitiva tridimensional en el cual cada átomo está
enlazado al átomo vecino más cercano. Todos los metales,
muchos cerámicos y algunos polímeros forman estructuras
cristalinas bajo condiciones normales de solidificación.