Cuando dos gases reaccionan a la misma temperatura y presión, los volúmenes de los gases que reaccionan y de los que se forman guardan una proporción de números enteros sencillos, como 1 : 1 : 2 o 2 : 1 : 2. Es la ley de los volúmenes de combinación.
Dos volúmenes de hidrógeno y uno de oxígeno dan dos volúmenes de vapor de agua: tres volúmenes antes de la reacción se convierten en dos después, lo que muestra también que el volumen, a diferencia de la masa, no se conserva.
Avogadro propuso que volúmenes iguales de cualquier gas contienen el mismo número de moléculas; si es así, la proporción de volúmenes es la proporción de moléculas y coincide con los coeficientes de la ecuación ajustada.
En el dibujo de abajo cada caja tiene el mismo número de moléculas modelo por volumen, así que se puede contar cómo se reagrupan los átomos en la reacción.
Proporción de volúmenes en las reacciones entre gases
🎈 Los volúmenes salen en números enteros sencillos
①En 1808 Gay-Lussac descubrió que, cuando los gases reaccionan a la misma temperatura y presión, sus volúmenes forman siempre una proporción de números enteros sencillos
②Dos volúmenes de hidrógeno y uno de oxígeno dan dos volúmenes de vapor de agua (2 : 1 : 2)
③El volumen total antes y después no tiene por qué ser igual. La masa se conserva, pero el volumen no
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Volúmenes de los gases que reaccionan y de los que se forman, representados por el tamaño de las cajas, con cada molécula dibujada como un modelo de sus átomos
④Si cuentas los átomos de las moléculas modelo de cada caja, antes y después hay los mismos tipos de átomos y en el mismo número
Ley de Avogadro
🔬 Volúmenes iguales, igual número de moléculas
①A la misma temperatura y presión
②sea cual sea el gas
③volúmenes iguales contienen el mismo número de moléculas
④Las moléculas tienen tamaños distintos, pero en un gas la distancia entre ellas es mucho mayor, así que el volumen depende de cuántas moléculas hay y no de su tamaño
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Hidrógeno, oxígeno y dióxido de carbono a la misma temperatura y presión, con el mismo número de moléculas en el mismo volumen
22.4 L
Por qué la proporción de volúmenes es la de moléculas
💡 Unir la ley de los volúmenes de combinación y la de Avogadro
①Si el hidrógeno y el cloro fueran átomos sueltos, como pensaba Dalton, un volumen de cada uno solo daría un volumen de cloruro de hidrógeno
②Pero en realidad se forman dos volúmenes de cloruro de hidrógeno
③Avogadro lo explicó suponiendo que el hidrógeno y el cloro son moléculas de dos átomos (H₂ y Cl₂)
④Como volúmenes iguales tienen el mismo número de moléculas, la proporción de volúmenes 1 : 1 : 2 es una proporción de moléculas 1 : 1 : 2, igual a los coeficientes de H₂ + Cl₂ → 2HCl
Resumen
Ley de los volúmenes de combinación
volúmenes de gases que reaccionan y que se forman = proporción de números enteros sencillos
Se comparan volúmenes medidos a la misma temperatura y presión
Ley de Avogadro
misma temperatura y presión, mismo volumen → mismo número de moléculas
A 0 °C y 1 atm, un mol de gas ocupa unos 22,4 L (se estudia más a fondo en bachillerato)
Relación clave
proporción de volúmenes = de moléculas = de coeficientes
Se cumple cuando todas las sustancias de la reacción son gases a la misma temperatura y presión
🎯 Lo que suele preguntarse
①A igual temperatura y presión, los volúmenes de gases que reaccionan guardan una proporción de números enteros sencillos
②Volúmenes iguales de gases contienen el mismo número de moléculas, sea cual sea el gas
③En las reacciones entre gases, la proporción de volúmenes es igual a la de moléculas y a la de coeficientes
④El volumen total puede cambiar en la reacción, pero la masa y los tipos y números de átomos no
⑤La proporción de volúmenes solo se puede usar directamente cuando el producto, como el vapor de agua, también es un gas
Ejemplos y evaluación de la unidad
Ejemplo 1
A la misma temperatura y presión, el hidrógeno y el oxígeno reaccionan y forman vapor de agua (2H₂ + O₂ → 2H₂O). ¿Cuántos mL de oxígeno hacen falta para que reaccionen 20 mL de hidrógeno, y cuántos mL de vapor de agua se forman?
1
Todos son gases, así que la proporción de volúmenes es la de los coeficientes: H₂ : O₂ : H₂O = 2 : 1 : 2.
2
Con 20 mL de hidrógeno, el oxígeno es la mitad, 10 mL, y el vapor de agua es igual que el hidrógeno, 20 mL.
▸ Hacen falta 10 mL de oxígeno y se forman 20 mL de vapor de agua
Antes de la reacción el gas ocupa 30 mL y después 20 mL. El volumen disminuyó, pero el número de átomos y la masa no cambiaron.
Ejemplo 2
A la misma temperatura y presión, ¿cómo es el número de moléculas en volúmenes iguales de hidrógeno y de oxígeno? ¿Qué relación tiene esto con la proporción de volúmenes en las reacciones entre gases?
1
Según la ley de Avogadro, a la misma temperatura y presión, volúmenes iguales de gases contienen el mismo número de moléculas, sea cual sea el gas.
2
Por eso, cuando reaccionan gases, la proporción de volúmenes es igual a la de moléculas y a la de los coeficientes de la ecuación.
▸ Tienen el mismo número de moléculas, así que proporción de volúmenes = de moléculas = de coeficientes
Gracias a la ley de Avogadro, midiendo volúmenes se pueden comparar números de moléculas demasiado pequeñas para verlas.
Evaluación de unidad
¿Cuál afirmación sobre la ley de los volúmenes de combinación y la ley de Avogadro es correcta?
①En una reacción gaseosa la proporción de volúmenes es siempre una proporción decimal complicada
②Volúmenes iguales de gas contienen números distintos de moléculas según el gas
③En una reacción gaseosa la proporción de volúmenes es igual a la de coeficientes de la ecuación química
④La ley de Avogadro solo se cumple para los sólidos
⑤A 0°C y 1 atm el volumen de 1 mol de gas es 11,2 L
▸ ③ En una reacción gaseosa la proporción de volúmenes es igual a la de coeficientes de la ecuación química
1
La proporción de volúmenes de una reacción gaseosa es una proporción sencilla de números enteros (① falso), y volúmenes iguales de gas contienen el mismo número de moléculas sea cual sea el gas (② falso, Avogadro).
2
La ley de Avogadro se cumple para gases (④ falso) y a 0°C y 1 atm 1 mol de gas = 22,4 L (⑤ falso); en una reacción gaseosa la proporción de volúmenes = la de coeficientes (③ correcto).