Día 3, punto 1: Cómo usar la ley de las proporciones constantes

Los experimentos de Proust

Proust realizó experimentos en los puso en contacto (es decir, mezcló) diferentes cantidades de dos elementos (cobre y azufre) y las calentó para hacerlas reaccionar entre ellas, formando un compuesto (sulfuro de cobre). Después calculó qué masa tenía el compuesto formado y la masa que sobraba de los elementos de la mezcla original. En esta tabla están las masas de las sustancias antes y después de la reacción. Cada fila es un experimento distinto.

tabla

La ley de la conservación de la masa se cumple

En primer lugar, la masa  de la mezcla es igual antes que después de la reacción, es decir, se cumple la ley de la conservación de la masa. Se puede comprobar si sumamos la masa de las sustancias después de la reacción.

La ley de las proporciones constantes también

En segundo lugar, vemos que hay tres experimentos en los que después de la reacción sólo nos queda el compuesto sulfuro de cobre. Proust dice que cuando dos elementos reaccionan para dar un compuesto, lo hacen en proporciones de masa constantes. Una proporción de masa es el cociente (o sea, la división) de las masas de cada elemento. Probemos a dividir la masa de cobre entre la masa de azufre en los tres experimentos donde sólo queda sulfuro de cobre.

  • Experimento 1: masa de cobre / masa de azufre =  1,00 g Cu/ 0,25 g S = 4
  • Experimento 3: 2,00 / 0,50 = 4
  • Experimento 5: 3,00 / 0,75 = 4

Efectivamente, la proporción de masa de cobre que reacciona con azufre para formar sulfuro de azufre es constante, vale siempre 4. Esto quiere decir que, siempre que queramos fabricar sulfuro de cobre a partir de azufre y cobre, necesitaremos 4 gramos de cobre por cada gramo de azufre. Si pongo 5 gramos de azufre, necesitaré 20 gramos de cobre, y como se cumple la ley de conservación de masa, obtendré 25 gramos de sulfuro de cobre.  Si ponemos más o menos, estaremos desperdiciando azufre o cobre. Lo mismo sucede para todas las reacciones químicas.

Si intentamos hacer reaccionar sustancias sin ponerlas en la proporción correcta, sobrará algo de alguna de ellas

En tercer lugar, vemos que en los experimentos 2, 4 y 6 hay una masa de los elementos iniciales que sobra, es decir, que no ha reaccionado. Hagamos la proporción de masa de cobre inicial con la masa de azufre inicial para estos experimentos:

  • Experimento 2: 1,20 g Cu/ 0,25 g S = 4,80
  • Experimento 4: 2 / 0,65 = 3,08
  • Experimento 6: 3,5 / 0,75 =  4,67

Sabemos que para formar sulfuro de cobre, se combinan 4 gramos de cobre con cada gramo de azufre que ella. En estos experimentos, las cantidades que se pusieron no estaban en esa proporción. ¿Qué sucederá entonces?

  • En los experimentos dos y seis, se pusieron 4,80 y 4,67  gramos de cobre por gramo de azufre, frente a los 4 que hacían falta; hay cobre de más. Por eso sobrará cobre.
  • En el experimento cuatro, se pusieron sólo 3,08 gramos de cobre por gramo de azufre, frente a los 4 que hacían falta; ahora hay cobre de menos, o podemos decir que hay azufre de más. Como no hay suficiente cobre para que todo el azufre reaccione, sobrará azufre.

ACTIVIDADES

1. Se comprueba de forma experimental que 3,2 g de azufre reaccionan totalmente con 20 g de mercurio para dar sulfuro de mercurio. Calcula:

a) la cantidad de sulfuro de mercurio obtenido: Por la ley de la conservación de la masa, la masa de antes de la reacción tiene que ser igual que la masa de después de la reacción. La masa antes de la reacción es 3,2 + 20 = 23,2 gramos, por tanto la masa  de sulfuro de mercurio es también esa cantidad.

b) La masa de azufre necesaria para reaccionar completamente con 5 gramos de mercurio. Primero, hayamos la proporción de azufre por cada gramo de mercurio que se necesitó para formar el sulfuro de mercurio en el experimento mencionado antes:

3,2 gramos azufre / 20 gramos mercurio = 0,16 gramos de azufre/ gramo de mercurio.

Si por cada gramo de mercurio necesitamos 0,16 gramos de azufre, para 5 gramos de mercurio necesitamos 5 x 0,16 = 0,8 gramos de azufre.

c) La masa de mercurio necesaria para reaccionar completamente con 10 gramos de azufre. Primero, hayamos la proporción de mercurio por cada gramo de azufre que se necesitó para formar el sulfuro de mercurio en el experimento mencionado en la pregunta:

20 gramos mercurio / 3,2 gramos azufre = 6,75 gramos de mercurio / gramo de azufre.

Si cada gramo de azufre reacciona con 6,75 gramos de mercurio, para 10 gramos de azufre necesitamos 10 x 6,75 = 67,5 gramos de mercurio.

2. Al calentar 0,500 gramos de hierro pulverizado en una corriente de cloro gaseoso, se obtienen 1,452 gramos de cloruro de hierro. Calcula:

a) La masa de cloro que ha reaccionado. De nuevo, por la ley de conservación de masa, la masa antes de la reacción = la masa después de la reacción. Podemos escribir la siguiente ecuación:

0,500 (hierro) + x (cloro) = 1,452 (cloruro de hierro).

Despejamos la masa de cloro que reaccióno:

x = 1,452 – 0,500 = 0,952

b) La relación entre las masa de hierro y cloro que reacciónan. La relación o proporción de hierro que reacciona por gramo de cloro es:

relación hierro-cloro = masa hierro / masa de cloro = 0,500 g hierro / 0,952 g cloro = 0,525 g hierro / g cloro

También se puede dar la relación de cloro que reacciona por gramo de hierro:

relación cloro-hierro = masa cloro / masa de hierro = 0,952 g cloro / 0,500 g hierro= 1,904 g cloro / g hierro

c) La masa de cloro necesaria para reaccionar completamente con 1,5 gramos de hierro pulverizado.

Sabemos por el ejercicio anterior que por cada gramo de hierro reaccionan 1,904 gramos de cloro. Entonces, con 1,5 gramos de hierro reaccionarán 1,5 x 1,904 = 2,856 gramos de cloro

3. Se sabe que 3,93 gramos de sodio reaccionan completamente con 6,07 gramos de cloro para dar cloruro de sodio. Calcula:

a)La masa de cloruro de sodio que se obtiene. Masa antes reacción = Masa después reacción ; 3,93 + 6,07 = x ; despejo x: x= 10 gramos.

b) El porcentaje de cloro y de sodio que hay en el cloruro de sodio. Para hallar el porcentaje en masa que hay de un átomo en un compuesto, se usa la siguiente ecuación:

% masa =( masa del átomo x 100 )/masa del compuesto

entonces:

% cloro = ( 6,07  x 100 ) / 10 = 60,7 %

% sodio = (3,93 x 100 ) / 10 = 39,3 %

4. Determina el porcentaje de hierro y el de azufre presentes en el sulfuro de hierro si 2,8 gramos de hierro reaccionan con 1,6 gramos de azufre para dar 4,4 gramos de sulfuro de hierro.

% hierro = 2,8 x 100 / 4,4 = 63,6%

% azufre = 1,6 x 100 / 4,4 = 36,4%

5. Cuando se queman en el aire 1,010 g de cinc se obtienen 1,257 g de óxido de cinc. Calcula:

a) la masa de oxígeno que ha reaccionado con el cinc.

1,010 + x = 1,257 ; despejo “x”: x =1,257-1,010 = 0,247 g

b) El porcentaje de oxígeno y de cinc que hay en el óxido de cinc.

% oxígeno : 0,247 x 100 / 1,257 = 16,650%

% cinc : 1,010 x 100 / 1,257 = 83,350%

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