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LEY DE LAVOISIER

Ya habis trabajado las transformaciones fsicas y las qumicas, y podis diferenciar entre unas y otras. Tambin conocis que en las transformaciones fsicas se conserva la masa y no siempre el volumen.

Pon algunos ejemplos de transformaciones fsicas, explicando si en ellos se conserva el volumen y la masa.

Pero,

SE CONSERVA LA MASA EN LAS TRANSFORMACIONES QUMICAS?

Antes de 1764 ya utilizaba Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794) la balanza para medir con precisin la masa de las sustancias que participaban en las reacciones qumicas. Prcticamente, hasta ese momento, las reacciones se haban estudiado cualitativamente, con inters y desde perspectivas lejanas a las que se inician con Lavoisier. El valor que concedi desde sus primeras investigaciones a las mediciones precisas fue lo que le permiti terminar con xito la mayor parte de sus trabajos.

Precursor de Lavoisier fue el qumico francs Jean Rey (1583-1645). Trabajaba calcinando metales (Sn y Pb) y observaba que su masa aumentaba cuando los calentaba, atribuyendo el hecho a la captacin de una parte del aire por el metal.

De igual forma, Robert Boyle (1627-1691), oxidaba hierro, cobre y estao, que se calcinaban parcial o totalmente y aumentaban de masa. Trabajaba en recipientes abiertos y sin control posible sobre qu ocurra con el aire.

Tambin era conocido que las combustiones se realizaban con prdida de masa: la madera tiene ms masa que sus cenizas.

De forma que... qu ocurra con la masa en las reacciones qumicas: aumentaba, disminua, era la misma?

Realiza la siguiente experiencia.

En la etiqueta del compuesto A aparece el siguiente pictograma

Qu precauciones tomars para trabajar con l? Respeta las medidas de seguridad que te indicar tu profesor.

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1. El profesor te ha proporcionado unos cristales, o unos granos, de un compuesto al que llamaremos A. Ponlos en un tubo de ensayo y agrgales agua destilada hasta un tercio del tubo. Toma nota de:

a) Color de A en estado slido: b) Es soluble A en agua fra? c) Color de la disolucin acuosa de A:

2. Procede con el compuesto B como hiciste con el A.

a) Color de B en estado slido: b) Es soluble B en agua fra? c) Color de la disolucin acuosa de B:

3. Vierte la disolucin acuosa de A sobre la de B (o al revs). Explica lo que ha ocurrido.

4. En el proceso llevado a cabo, qu crees que ha ocurrido con la masa?

a) que ha aumentado. b) que no ha cambiado. c) que ha disminuido. d) no lo s.

La respuesta que has dado es tu hiptesis acerca de qu ocurre con las masas de esta reaccin.

Disea una experiencia que permita comprobar tu hiptesis. Realzala y anota tus resultados.

Se confirma tu hiptesis?

Escribe la conclusin que obtienes:

La conclusin a la que has llegado, corresponde a un enunciado observacional o terico? Explica tu respuesta.

La transformacin estudiada, es una transformacin fsica o qumica? Aporta pruebas que confirmen tu respuesta.

Tienes que completar tu conclusin anterior de alguna forma? Hazlo.

5. Utilizando la nomenclatura ms sencilla que conozcas, escribe la reaccin que ha tenido lugar entre las sustancias A y B.

6. La nueva sustancia obtenida, puede ser A o B? Justifica tu respuesta.

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7. Si la sustancia A era nitrato de plata (AgNO3) y la B cloruro de sodio (NaCl), escribe y ajusta la reaccin que ha tenido lugar.

Compara este resultado con el propuesto en A.5. Obtienes alguna conclusin?

8. Habrs observado que en el segundo miembro de la reaccin aparecen dos compuestos, el cloruro de plata (AgCl) y el nitrato de sodio (NaNO3). Cul de ellos crees que es el precipitado blanco obtenido? El otro compuesto, dnde puede encontrarse?

En la etiqueta del nitrato de sodio, NaNO3, aparece el siguiente pictograma

Qu precauciones tomars para trabajar con l?

Para ayudarte a contestar, toma una pequea cantidad de nitrato de sodio (NaNO3) e intenta disolverla en agua. Es soluble el NaNO3 en agua fra?

9. De qu es el precipitado blanco obtenido? Dnde se encuentra el nitrato de sodio (NaNO3) obtenido en la reaccin?

Disea una experiencia para separar el cloruro de plata de la disolucin. Disea una experiencia para recuperar el nitrato de sodio.

10. Completa y ajusta la siguiente ecuacin qumica:

AgNO3 (disolucin) + NaCl (disolucin)

11. Ahora que conoces los reactivos de la transformacin qumica estudiada, interpreta la reaccin utilizando el modelo de partculas.

12. Sabes cul es el color del cobre (Cu)? Escrbelo: Y el del hierro (Fe)? Antalo:

En la etiqueta del sulfato de cobre (II) pentahidratado, CuSO45H2O, aparece el siguiente pictograma

Qu precauciones tomars para trabajar con l?

El profesor te ha suministrado unos cristales, o unos granos, de sulfato de cobre (II) pentahidratado y unos clavos de hierro (Fe). Pon el compuesto en un tubo de ensayo y disulvelo en una pequea cantidad de agua destilada. Aade los clavos y, agitando de vez en cuando, espera unos minutos. Toma nota de lo que observas.

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En esta transformacin, qu crees que ha ocurrido con la masa? Que

a) Ha aumentado. b) No ha cambiado. c) Ha disminuido. d) No lo s.

Disea una experiencia que permita comprobar tu hiptesis. Realzala y anota tus resultados.

Escribe tus conclusiones:

Esta conclusin, corresponde a un enunciado observacional o terico? Explica tu respuesta.

La transformacin estudiada, es fsica o qumica? Aporta pruebas que justifiquen tu respuesta.

Tienes que completar tu conclusin anterior de alguna forma? Hazlo.

Completa y ajusta la siguiente ecuacin qumica:

Fe (slido) + CuSO4 (disolucin)

Explica el proceso utilizando el modelo de partculas.

13. El profesor te ha dado dos disoluciones. Toma nota de sus caractersticas.

Una de las dos disoluciones con las que vas a trabajar es de cido clorhdrico, HCl. En su etiqueta aparece el pictograma

Qu precauciones tomars para trabajar con l?

La otra disolucin es de carbonato de sodio, Na2CO3, y en su etiqueta aparece el pictograma

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Qu precauciones tomars para trabajar con l?

Vierte una sobre otra, en el orden que prefieras. Observa qu ocurre y anota tus observaciones.

Como segunda disolucin tambin podemos utilizar bicarbonato de sodio, NaHCO3.

Qu crees que ha ocurrido con la masa en el proceso? Que:

a) Ha aumentado. b) No ha cambiado. c) Ha disminuido. d) No lo s.

Disea una experiencia para comprobar si tu hiptesis es correcta o no. Realzala y toma nota de tus resultados.

14. Emite una hiptesis acerca de por qu no parece cumplirse en esta transformacin la conclusin a la que habas llegado en las actividades 4 y 5.

Elabora un diseo que te permita recoger los gases que se producen en la reaccin y vuelve a realizar la experiencia.

Llegas a la misma conclusin que en las transformaciones anteriores?

Escribe tu conclusin final.

Esta conclusin final, corresponde a un enunciado observacional o terico?

La transformacin estudiada, es fsica o qumica? Razona tu respuesta.

Las disoluciones que has utilizado son de bicarbonato de sodio, NaHCO3, y cido clorhdrico, HCl, diludo. Sabiendo que el gas desprendido es dixido de carbono, CO2, completa y ajusta la siguiente reaccin:

NaHCO3 (disolucin) + HCl (disolucin) CO2 () + ... + ...

Explica el proceso desde el modelo de partculas.

La conclusin final a que has llegado la conocemos como Ley de la conservacin de la masa en las transformaciones qumicas o Ley de LAVOISIER. La expresamos diciendo que:

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UN POCO DE HISTORIA

Aparato utilizado por Lavoisier para estudiar la formacin de xidos (llamados CALES por entonces) a partir del metal y aire, en este caso parta del mercurio. El aire tena un componente que permita la oxidacin de los metales. Estas experiencias tambin le ayudaron a determinar la composicin del aire en 1777.

Calent fsforo y azufre al aire, en 1772, comprobando que el resultado de cada reaccin, xidos de fsforo y azufre, tena ms masa que las sustancias iniciales: el exceso deban haberlo tomado del aire. Para confirmarlo, procedi a calentar Sn y Pb en recintos cerrados, con lo que limitaba la cantidad de aire. Los metales se fueron oxidando en el transcurso de la reaccin, pero el recipiente (con el metal restante, el xido aparecido y lo que quedaba de aire) no cambiaba su masa durante el proceso. Si lo que tomaba el metal para formar xido estaba inicialmente en el aire, eso producira un cierto vaco en la atmsfera gaseosa del recipiente. Si lo abra, debera entrar aire del exterior para igualar la presin y... efectivamente! Entr aire al interior del recinto y aument su masa.

Aparato con el que Lavoisier demostraba que al calentar el xido de mercurio obtenido con el mtodo descrito anteriormente, se descompona dando mercurio y el gas procedente del aire.

Estos trabajos experimentales le llevaron a constatar que si en el desarrollo de las reacciones qumicas se consideraban todas las sustancias que participan, y todas las que se forman, es decir, si se llevan a cabo en recipientes cerrados, nunca se produce una variacin de masa. Esto es, en el transcurso de una reaccin, la masa slo puede repartirse

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de unas sustancias a otras, sin destruirse o crearse. Es la Ley de conservacin de la masa o Ley de Lavoisier. Suele enunciarse as:

La suma de las masas de los reactivos que intervienen en una reaccin qumica es igual a la suma de las masas de los productos que se forman.

En su Trait lmentaire de Chimie, publicado en 1789, escriba Lavoisier:

Nada se crea, ni en las operaciones del arte, ni en las de la naturaleza, y se puede elevar a la categora de principio que en todo proceso hay una cantidad igual de materia antes y despus del mismo.

Interpreta la ley de conservacin de la masa segn el modelo atmico de Dalton.

ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS

15. Un trozo de fsforo se pone en un matraz con un poco de agua, siendo la masa del frasco cerrado y de los contenidos de 205 g. Los rayos del Sol se concentran sobre el fsforo encendindose ste. El humo blanco que se produce se disuelve en el agua. Despus de enfriarse, el recipiente y su contenido se pesan de nuevo. Su masa ahora ser:

a) ms de 205 g; b) igual a 205 g; c) menos de 205 g; d) no lo s.

Explica el motivo de tu eleccin.

16. En un matraz erlenmeyer ponemos un total de reactivos de 45,50 g. Explica si, tras realizarse la transformacin qumica, pueden obtenerse:

a) 45,50 g de productos finales. b) 42,35 g. c) 53,21 g.

En qu condiciones podramos haber obtenido cada uno de los resultados anteriores?

Se cumplira la Ley de Lavoisier en todos los casos? Justifica tu respuesta.

17. Se conserva el volumen en las reacciones qumicas? Justifica tu respuesta.

18. Lee el siguiente texto.

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La teora del flogisto

Segn las antiguas concepciones griegas, todo lo que puede arder contiene dentro de s el elemento fuego, que se libera bajo condiciones apropiadas. Las nociones alqumicas eran semejantes, salvo que se conceban los combustibles como algo que contena el principio del azufre (no necesariamente el azufre real).

En 1669, un qumico alemn, Johann Joachim Becher (1635-82), trat de racionalizar ms esta concepcin, introduciendo un nuevo nombre. Imagin que los slidos estaban compuestos por tres tipos de tierra. A una de ellas la llam terra pinguis (tierra crasa), y la intuy como el principio de la inflamabilidad.

Un seguidor de las doctrinas, ms bien vagas, de Becher fue el qumico y fsico alemn Georg Ernest Stahl (1660-1734). Propuso un nombre an ms nuevo para el principio de la inflamabilidad, llamndole flogisto, trmino que proviene de una palabra griega que significa hacer arder. Desarroll despus un esquema -basado en el flogisto- que pudiera explicar la combustin.

Stahl mantena que los objetos combustibles eran ricos en flogisto, y los procesos de combustin suponan la prdida del mismo en el aire. Lo que quedaba tras la combustin no tena flogisto y, por tanto, no poda seguir ardiendo. As, la madera tena flogisto, pero las cenizas no.

Adems, Stahl sostena que el enmohecimiento de los metales era anlogo a la combustin de la madera, y afirm que los metales contenan flogisto, pero no as cuando estaban enmohecidos (o calcinados). La idea era importante, porque permiti proponer una explicacin razonable sobre la conversin de las menas minerales en metal, el primer gran descubrimiento qumico del hombre civilizado. La explicacin dada era: una mena mineral, pobre en flogisto, se calienta en carbn vegetal, muy rico en flogisto. El flogisto pasa desde el carbn al mineral, es decir, el carbn vegetal rico en flogisto se transforma en cenizas pobres en flogisto, mientras que con el mineral ocurre precisamente lo contrario.

Stahl consider que el aire resultaba til en la combustin slo de un modo indirecto. Serva nicamente como transportador, captando el flogisto segn abandonaba la madera o el metal y transfirindolo a alguna otra cosa (si es que la haba disponible).

La teora de Stahl sobre el flogisto encontr oposicin al principio, en particular la de Hermann Boerhaave (1668-1738), un fsico holands, quien arga que la combustin ordinaria y el enmohecimiento no podan ser diferentes versiones del mismo fenmeno.

Est claro que en un caso hay presencia de llama y en el otro no. Pero para Stahl la explicacin era que en la combustin de substancias tales como la madera, el flogisto se libera tan rpidamente que su paso calienta los alrededores y se vuelve visible en forma de llama. En el enmohecimiento, la prdida de flogisto es ms lenta, y no aparece llama.

A pesar de la oposicin de Boerhaave, la teora del flogisto gan popularidad a lo largo del siglo XVIII. En la dcada de los setenta era casi universalmente aceptada por los qumicos, desde el momento en que pareca explicar tantas cosas y tan claramente.

Pero quedaba una dificultad que ni Stahl ni sus seguidores lograron explicar. Las sustancias ms combustibles, como la madera, el papel y la grasa, parecan consumirse en gran parte al arder. El holln o las cenizas restantes eran mucho ms ligeros que la

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sustancia original, lo cual era de esperar, ya que el flogisto haba abandonado la sustancia original. Sin embargo, cuando los metales se enmohecan, tambin perdan flogisto, de acuerdo con la teora de Stahl, pero el metal enmohecido era ms pesado que el original (un hecho que los alquimistas haban observado ya en 1490). Poda el flogisto tener peso negativo, de modo que una sustancia al perderlo pesaba ms que antes, como mantenan algunos qumicos del siglo XVIII? En ese caso, por qu la madera perda peso al arder? Haba dos tipos de flogisto, uno con peso positivo y otro con peso negativo?

Este problema sin resolver no era tan serio en el siglo XVIII como nos parece hoy a nosotros. Acostumbrados como estamos a medir los fenmenos con precisin, cualquier cambio inexplicable en el peso nos dara que pensar. Pero los qumicos del siglo XVIII an no haban aceptado la importancia de las mediciones cuidadosas, y no les preocupaban tales cambios. Mientras la teora del flogisto explicase los cambios de aspecto y las propiedades, caba ignorar -pensaban ellos- las variaciones en el peso.

Tomado de BREVE HISTORIA DE LA QUMICA. ISAAC ASIMOV

Contesta a las siguientes preguntas:

1) Haz un resumen de la lectura.

2) Histricamente, siempre ha sido clara la diferencia entre lo material y lo inmaterial? A qu pudo ser debido?

3) Era el flogisto algo material para Stahl?

4) En qu consiste la teora del flogisto, qu explicaba?

5) Cules eran los puntos dbiles de la teora del flogisto?

6) Para Stahl, qu utilidad tena el aire en las combustiones?

19. Lee el siguiente texto.

ANTOINE-LAURENT LAVOISIER

Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794) es considerado por muchos el padre de la Qumica, debido a que con sus estudios contribuy enormemente al desarrollo de la Qumica como Ciencia.

Lavoisier comprendi siempre la importancia de la exactitud y sus experimentos se caracterizaron por el gran cuidado y meticulosidad que pona en los mismos.

En su poca, todava haba qumicos que crean a todas las sustancias compuestas por cuatro elementos: fuego, aire, agua y tierra. Pensaban que el motivo por el que despus de calentar agua quedaba un sedimento, era porque el agua se transformaba en tierra. Lavoisier, mediante sus precisas medidas, demostr que el sedimento provena del vdrio, que perda peso.

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El proceso de combustin se explicaba mediante la teora del flogisto. Al calentar el metal, escapaba el flogisto y quedaba la cal, lo que hoy llamaramos xido, an cuando la cal pesase ms que el metal original. Algunos argumentaban que el peso aumentaba porque se ganaban partculas gneas.

Lavoisier explic la cuestin sin dejar dudas. Calent estao en un recipiente cerrado. Parte del estao se convirti en cal, pero el peso total del recipiente no vari. Al abrir el recipiente y entrar aire, s observ un aumento de peso. Estaba claro que el metal se combinaba con algo de aire. Basndose en las investigaciones de Joseph Priestley, descubridor del oxgeno, Lavoisier determin que la combustin de una sustancia, consista en su combinacin con el oxgeno que formaba parte del aire.

Lavoisier, tras mltiples experiencias, concluy que en cualquier reaccin qumica, realizada en un sistema cerrado, no haba prdida ni ganancia de peso. Este enunciado constituye el Principio de Conservacin de la Masa, primera ley cuantitativa de la Qumica, que la sita en el punto de partida de una carrera que an no ha concluido.

Responde a las siguientes cuestiones:

1) Quin era Lavoisier? Porqu se le considera el padre de la Qumica? Cules fueron sus principales aportaciones a la Qumica?

2) Qu importancia tiene la medida en una ciencia?

3) Qu entiendes por ciencia? Cul es el objeto de la Qumica?

4) Qu diferencias encuentras entre la teora del flogisto y la de Lavoisier sobre las combustiones?

5) Imagina una vela encendida. a) Cul es el combustible? b) Se cumple la conservacin de la masa en las combustiones? Disea

una experiencia para demostrarlo.

20. Lee el siguiente texto.

Sobre la constitucin de los cuerpos

Hay tres clases de cuerpos o tres estados de los cuerpos que, de manera especial, han llamado la atencin a los qumicos filosficos; a saber, los denominados fluidos elsticos, lquidos y slidos. En el agua tenemos un caso usual de un cuerpo que en ciertas circunstancias puede adquirir cualquiera de dichos tres estados. En el vapor hallamos un fluido perfectamente elstico, en el agua un lquido perfecto, y en el hielo un slido completo. Estas observaciones han llevado tcitamente a la conclusin, al parecer universalmente aceptada, de que todos los cuerpos de magnitud sensible, ya sean slidos o lquidos, estn constituidos por un inmenso nmero de partculas pequeas en extremo, o tomos de materia unidos entre s por la fuerza de atraccin, la cual es ms o menos poderosa, segn las circunstancias...

El conocer si las ltimas partculas de una sustancia, como el agua, son todas iguales entre s, es decir, poseen la misma forma, el mismo peso, etc., es una cuestin de la mayor importancia. Por cuanto sabemos, no tenemos ningn fundamento para suponer una

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diversidad al respecto. Si sucede esto para el agua, lo mismo debe suceder para los elementos de los cuales consta el agua, llamados hidrgeno y oxigeno. Ahora bien, es prcticamente imposible concebir que agregados de partculas diferentes puedan ser iguales. Si algunas partculas de agua fuesen ms pesadas que las otras, si una parte de este lquido hubiese estado en alguna ocasin formado por esas partculas ms pesadas este hecho hubiera afectado al peso especifico, caso que no se ha presentado nunca. Pueden hacerse observaciones similares para otras sustancias. Por tanto, podemos concluir que las partculas ltimas de todos los cuerpos homogneos son completamente iguales en peso, forma, etc. En otras palabras, cualquier partcula de agua es igual a cualquier otra partcula de agua, cualquier partcula de hidrgeno es igual a cualquier otra partcula de hidrgeno, etc. ...

Sobre la sntesis qumica

Con el anlisis y la sntesis qumica slo podemos separar las partculas unas de otras, o unirlas entre s. La actividad qumica no puede crear materia nueva ni destruirla. Proponernos crear una partcula de hidrgeno o destruirla sera como tratar de introducir un nuevo planeta dentro del sistema solar o aniquilar uno existente. Todos los cambios que podemos producir consisten en separar partculas que se hallan en estado de cohesin o combinacin, y unir las que antes estaban separadas.

Fragmentos del libro: A New System of Chemical Philosophy (1808). JOHN DALTON

Responde a las siguientes preguntas:

1) Haz un esquema del texto

2) Qu son los fluidos elsticos?

3) Representa utilizando partculas, cmo seran pequeas cantidades de hielo, agua y vapor de agua. Habra alguna diferencia entre estas partculas en cuanto a masa, volumen o estado de movimiento? Justifica tu respuesta.

4) A qu ley hace referencia Dalton en Sobre la sntesis qumica?

5) Qu idea manifiesta Dalton sobre las reacciones qumicas?

6) Cmo justifica Dalton la ley de conservacin de la masa?

7) Quin era John Dalton? Por qu es conocido en la Qumica?

21. Sabiendo que el dixido de carbono, CO2, se obtiene por reaccin del monxido de carbono, CO, con el oxgeno, O2,

a) Escribe la reaccin que tiene lugar y ajstala.

b) Cuando cierta cantidad de monxido de carbono reacciona con 16 g de oxgeno se obtienen 44 g de dixido de carbono. Cuntos gramos de monxido han reaccionado?

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22. Al quemar 3 g de gas propano, C3H8, se obtienen 9 g de dixido de carbono, CO2, y 49 g de vapor de agua, H2O.

a) Escribe y ajusta la reaccin de combustin del gas propano.

b) Calcula la masa de oxgeno que ha sido necesaria para quemar los 3 g de gas propano.

23. Existe alguna relacin entre la experiencia realizada en la actividad 14, HCl + NaHCO3, y la reaccin que se produce en el estmago cuando ingerimos algn anticido, por presentarse ardor de estmago, tras una comida pesada? Explcala.