Introdução à Quimica superior - Manuel F Gonzalez - vol 1 - Livro em Espanhol

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01978182
/HNMU4LES DEL 
ORIENTACION
UNIVERSIMRWr
ALA
MANUEL FERNANDEZ GONZALEZ
C A T E D R A T I C O D E E N S E Ñ A N Z A M E D I A 
P R O F E S O R D E L A U N I V E R S I D A D D E M A D R I D
anaya
© M a n u e l F e r n ín d e / G o n / ¿ k 7 • E D I C I O N E S A N A Y A . S . A , • 1 9 7 3 - S a la m a n c a L . B r a . l le . 4 N ú - 
m e t o d e R e b u t o : M 5 .9 4 7 1 9 7 3 D e p ó i i l o Lefl.il M 1 5 .9 5 9 • 1 9 7 3 I S B N 8 4 -2 0 7 -0 7 3 6 -8 P r in - 
le d In Spa > n - Im p r im e L it o g r a f ía J o i m a t . S . A . - C o l la d a (M a d r id ) - P a p e l: T o r r a » H o » ie n c h . S A
P R O L O G O
S e e x p o n e a la c o n s i d e r a c i ó n d e l e s t u d i o s o d e la Q u í m i c a e l p r e s e n t e l i b r o , q u e 
v i e n e a s e r u n a i n t r o d u c c i ó n a la Q u í m i c a s u p e r i o r , e s d e c i r , u n l i b r o q u e s u m i ­
n i s t r a u n a b a s e p a r a a l c a n z a r p r o g r e s i v a m e n t e m e t a s m á s e l e v a d a s , b i e n s e a p o r 
e s t u d i o m á s a f o n d o y a m p l i o d e l a s . m a t e r i a s i n i c i a l m e n t e a q u í t r a t a d a s , o b ie n 
p o r c o n s i d e r a c i ó n e n p r o f u n d i d a d d e u n c a m p o d e t e r m i n a d o d e e l la s .
S e h a p r e t e n d i d o o f r e c e r u n a v i s ió n g e n e r a l y s i m p l e d e l a Q u í m i c a d e h o y d í a . 
e s o s í : e v i t a n d o e l p e l i g r o d e c a e r e n e x t r e m i s m o s . H a p r o c u r a d o d a r s e , d e n t r o 
d e lo q u e c a b e , la e x p l i c a c ió n , e l p o r q u é d e lo s f e n ó m e n o s y r e a c c i o n e s q u ím ic a s , 
l i a t e n d i d o a e x p o n e r s e e l c o n j u n t o d e ta l m o d o , q u e s u s d i v e r s a s p a r t e s p r e s e n ­
te n la m á x i m a c o h e r e n c i a y r e l a c ió n .
A s í . p o r e j e m p l o , s e t r a t a d e l m o d e l o a t ó m i c o a c t u a l , p r e s c i n d i e n d o d e o t r o s q u e 
h a n p a s a d o y a a la h i s to r i a d e la Q u í m i c a . M e j o r d i c h o , a l a h i s t o r i a d e la F í ­
s i c a . p u e s so y d e la o p i n i ó n q u e la Q u í m i c a , a p u r a n d o m u c h o , c o m i e n z a d e s d e 
e l n iv e l e l e c t r ó n i c o m á s e x t e r n o « h a c i a a r r i b a » . D e a q u í q u e n o s e h a y a e n t r a d o 
e n u n a d e s c r i p c i ó n e x h a u s t i v a d e l á t o m o y p a r t í c u l a s e l e m e n t a l e s . E n c a m b i o , se 
h a d a d o e s p e c i a l r e l i e v e a la te o r ía d e o r b i t a l e s p o r e l i m p o r t a n t í s i m o p a p e l q u e 
j u e g a e n la f o r m a c i ó n d e e n l a c e s y la c o n s i g u i e n t e e s t r u c t u r a d e l a s m o l é c u la s .
Se h a h u i d o d e d e s c r i b i r e l e m e n t o s o c o m p u e s t o s a i s l a d o s , s i n o d e n t r o d e u n 
c o n t e x t o c u y a b a s e e s e l S i s t e m a P e r i ó d ic o , y , d e e s t e m o d o , h a n t e n d i d o a i n d i ­
c a r s e l a s p r o p i e d a d e s r e l a t i v a s d e u n o s y o t r o s . L o s d a t o s p a r t i c u l a r e s e s t á n m á s 
c e r c a n o s a u n t r a t a d o e n c i c lo p é d ic o q u e a u n l i b r o d e t e x t o c o m o e l p r e s e n t e . 
C o n e s t a i d e a s e h a n r e s t r i n g i d o a l m á x i m o lo s t e m a s d e d i c a d o s a la Q u í m i c a 
D e s c r i p t iv a , q u e s e h a p r e t e n d i d o q u e s e a n u n a a p l i c a c i ó n d e lo s P r i n c ip i o s B á ­
s i c o s . d a d o s e n la p a r t e p r i m e r a .
5
E n lo s te m a s d e P o l ím e r o s y ta m b ié n e n B io q u ím ic a s e h a h e c h o h in c a p ié p o rq u e 
s o n d o s d e lo s p r in c ip a l e s c a u c e s p o r lo s q u e t r a n s c u r r e l a in v e s t ig a c ió n y p r o ­
g re s o d e la Q u ím i c a e n la a c tu a l id a d .
P o r o t r a p a r t e , a d e m á s d e l a s c u e s t io n e s y p r o b le m a s p r o p u e s to s a l f in a l d e c a d a 
te m a y lo s p r o b le m a s m á s c a r a c t e r í s t i c o s r e s u e l to s a c o n t i n u a c ió n d e lo s le m a s 
te ó r ic o s q u e lo s f u n d a m e n ta n , s e in c lu y e n ta m b ié n a l f in a l d e a lg u n o s te m a s le c ­
tu r a s d e t i p o h is tó r ic o - f i lo s ó f ic o . q u e p e r s ig u e n d o s f in e s p r in c ip a l e s : a b o l i r la 
f u n e s ta b a r r e r a c r e a d a e n t r e «c ienc ias*» y « letras*» y h a c e r c o m p r e n d e r q u e m u ­
c h a s d e la s le y e s d e l a Q u ím ic a , q u e h o y d í a p u e d e n p a r e c e m o s t a n n a tu r a le s , 
p r o v o c a r o n g r a n d e s p o lé m ic a s a l s e r e n u n c ia d a s y r e p r e s e n ta n , a d e m á s , e l f r u to 
d e m u c h o s e s f u e r z o s y e q u iv o c a c io n e s d e lo s h o m b r e s .
Y c o m o A p é n d ic e f in a l , c o n e l p r o p ó s i to d e o r i e n t a r c o n v is ta s a la f o r m a c ió n 
p r o f e s io n a l f u t u r a , s e h a d a d o u n a v is ió n d e lo s d iv e r s o s c a m p o s p r o f e s io n a le s 
d e l a Q u ím i c a , e n f o r m a d e e n t r e v i s t a c o n q u ím ic o s e n e je r c ic io d e n t r o d e c a d a 
u n o d e e l lo s .
M i m á x im a s a t i s f a c c ió n s e r ía q u e l a l e c tu r a d e e s t e l i b r o , e n e l q u e h e p u e s to e n 
ju e g o to d a m i e x p e r i e n c ia e n la e n s e ñ a n z a d e la Q u ím ic a , r e s u l ta s e lo m á s in te ­
l ig ib le y a m e n a p o s ib le , q u e e l l e c t o r s e i n t e r e s a r a p o r lo s p r o b le m a s d e la Q u í ­
m ic a . q u e f u e r a ú t i l , e n s u m a .
D e s e o d e j a r c o n s t a n c ia d e m i g r a t i t u d a l p r o f e s o r d o n L u is M . L e ó n I s id r o , d e 
la U n iv e r s id a d d e M a d r id , p o r s u s a p o r t a c io n e s a l te m a d e E s te q u io m e t r í a y a 
lo r e l a t i v o a p r o b le m a s y c u e s t io n e s . A s im is m o , q u i e r o a g r a d e c e r a l l i c e n c ia d o d o n 
J o s é A n to n io L ó p e z d e C a s t r o , m ie m b r o d e l p e r s o n a l in v e s t i g a d o r d e la C lín ic a 
d e la C o n c e p c ió n , d e M a d r id , e l m a te r i a l s u m in i s t r a d o p a r a la c o n f e c c ió n d e lo s 
t e m a s d e B io p o l ím e ro s y B io q u ím ic a .
M a n u e l F e r n á n d e z G o n z á l e z .
M a d r id , ju l io d e 1971
6
I N D I C E
T E M A
T E M A
T E M A
T E M A
T E M A
T E M A
P A G I N A
1 [ T j C O N C EPT O S F U N D A M E N T A L E S
L ey d e la conservación de la m a te r ia .-L e y d e las p ro p o rc io n es defini- 
d a s .-L e y de las p ro p o rc io n es m ú ltip lc s .-T c o ría a tó m ica d e D a lto n .- 
L ey d e los volúm enes de c o m b in ac ió n .-H ip ó te s is de A vogadro .-P esos 
a tó m ico s y m o lecu la re s .-C o n cep to d e M o l.-P eso s m olecu lares d e ga­
se s .-P e so e q u iv a len te .-C u es tio n es .-L ec tu ra .
A T O M O
La división del á to m o y posterio res teo ría s sob re su e s tru c tu ra .- E struc­
tu ra del á to m o .-N ú m e ro a tó m ico.-N iv c les cuán t ic o s .-O rb ita le s .-N ú ­
m eros c u án tico s .-V a lo re s d e lo s núm eros cu án tico s .-P rin c ip io d e ex­
clusión d e P a u li.-C u e s tio n e s .-L e c tu ra .
S IS T E M A P E R IO D IC O
El sistem a p e rió d ico de los e lem en to s .-D is tr ib u c ió n elec trón ica y siste­
ma p e rió d ico .-P ro p ied ad es p e rió d ica s .-C u es tio n es .-L ec tu ra .
E N L A C E
El enlace q u ím ic o .-E le c tro v a lc n c ia .-E n la c e ió n ic o .-E n la c e covalcnte. 
T eo ría de L cw is .-C o v a lc n c ia .-O rb ita le s y geom etría d e las m olécu las. - 
Po laridad de los en lac e s .-E n lace p o r p u en te d e h id ró g en o .-C u estio n es.
G A SES . T E O R IA C IN E T IC A
Ley d e B oyle - M ario tte .-L e> d e Ga> Lussac - C harles. C ero ab so lu to .- 
E cu ac ió n de estado de lo s g a se s .-L ey d e D a lto n d e la s p resiones par­
c ia le s .-T eo ría c inética d e los g a se s .-In te rp re ta c ió n em ética de la tem ­
p e ra tu ra .-G a se s rea le s .-E cu ac ió n de V an der W aa ls .-E fec to J o u le - 
T h o m p so n .-L icu ac ió n d e gases. T em p era tu ra c r í tic a .-C u e s tio n e s y p ro ­
b lem as .-L ec tu ra .
6 9 8 L IQ U ID O S
C aracterís ticas d e los líq u id o s .-T e n s ió n su p erfic ia l.-V isco sid ad .-E v a­
poración .^-E quilib rio líq u id o - vapor: Presión de v ap o r.-M ed id a d e la 
p resión de v ap o r.-E b u llic ió n .-C u cs tio n cs .
7
PAGINA
TEM A 7
TEM A 8
TEM A 9
TEM A 10
105 SO L ID O S
Características de los sólidos.-P ropiedades térmicas de los sólidos. - 
Diagrama de equilibrio de los ü es estados. P un to tr ip le .-R e tícu lo s cris­
talinos. Energía re tieu lar.-T ipos de estructura del estado sólido.-C ucs- 
tiones.
D I S O L U C I O N E S
Características de las d isoluciones.-Solubilidad. -C a lo r de disolución.- 
Modos de expresar la concen tración .-E lectro litos y no electrolitos. - 
Propiedades coligativas de las disoluciones.-D ism inución de la presión 
de vapor.-V ariación de los pun tos de fusión y ebullición.-O sm osis. 
Presión osm ótica. Cuestiones y problemas.
1 3 5 E S T E Q U I O M E T R I A
D eterm inación de pesos atóm icos.-C om posición centesim al.-D educ­
ción de la fórm ula de un com puesto .-E cuaciones quím icas.-V aloracio­
nes qufm icas.-Problem as.
E N E R G E T I C A D E L O S P R O C E S O S Q U I M I C O S
C am bio de energía en las reacciones q u ím icas .-E l principio de la con­
servación de la energía en las reacciones quím icas.-P rim cr principio de 
la tcrm odinám ica.-C alorcs de reacción.-D iagram as de en ta lp ia .-L ey 
de H ess.-E nergías de en lace.-E spontaneidad de las reacciones. Energía 
lib rc .-V ariación de la espontaneidad de una reacción con la tem peratu­
ra.-C uestiones y problemas.
8
w
1-1. L e y d e la c o n s e r v a c i ó n d e la m a s a .
L a m a t e r i a n i s e c r e a n i s e d e s t r u y e , s i n q s e t r a n s f o r m a . E s t e f u e e l e n u n c i a d o 
p r i m i t i v o d e L a v o i s i e r .
E n t é r m i n o s m á s m o d e r n o s , p u e d e d e c i r s e q u e e n u n s i s t e m a c e r r a d o ( e s d e c i r , 
s i n i n t e r c a m b i o d e m a t e r i a c o n e l e x t e r i o r ) l a m a s a to ta l d e l a s s u s t a n c i a s e x i s ­
t e n t e s n o c a m b i a a p e s a r d e c u a l q u i e r r e a c c i ó n q u í m i c a q u e s e p r o d u z c a e n ­
t r e e l l a s .
E s d e c i r :
E n i i e a c i l v o * — £ m Product< *
H asta p rin c ip io s d e s ig lo s e p en só q u e esta ley e r a r ig u ro sam en te c ie r ta . H oy 
d ía se sab e q u e m asa y en e rg ía p u e d e n c o n v e rtir se u n a e n o tr a , seg ú n la e c u a ­
c ió n d e E in s tc in : I me*, d o n d e m e s la m asa c o n v e rtid a e n e n e rg ía . E . y c es
la v e lo c id ad d e la lu z . L a ley q u e rig e e s la d e la c o n se rv ac ió n d e la mastt- 
energía.
E n lo s re a c to re s y b o m b a s n u c le a re s s e p ro d u c e en e rg ía p o r p e rd id a d e m asa 
y , u n p ro ceso in v e rso tie n e lu g a r , p o r e jem p lo , a l c h o c a r d o s fo to n es d e alta 
en e rg ía c o n p ro d u c c ió n d e p a rtíc u la s e lem en ta le s .
N o o b s ta n te , la ley d e L avo isier se p u e d e a p lic a r c o n toda e x a c titu d a las 
reacc io n es q u ím ic a s o rd in a ria s , q u e se v e rif ic a n e n co n d ic io n es m u y a le jad u s 
d e la s a n te r io rm e n te d ichas.
1-2. L e y d e las p r o p o r c i o n e s d e f in id a s .
S i h a c e m o s r e a c c i o n a r , p o r e j e m p l o , I g r . d e s o d i o m e t á l i c o c o n 1 0 g r s . d e c lo r o , 
c o m p r o b a r e m o s q u e e l g r a m o d e s o d i o n o r e a c c i o n a c o n t o d o e l c lo r o , s i n o c o n 
u n a p o r c i ó n m u y d e f i n id a d e é l : e x a c t a m e n t e , c o n 1 ,5 4 g r s . , q u e d á n d o s e e l e x ­
c e s o d e c lo r o s i n r e a c c i o n a r ( f ig . 1 -1 ) .
9
□ 
1 9 '.
s o d io
1 1 1* 5 4 g n
’í i t s >1 - •".} > ; í?ff& —
& l i
+
; i ; í ~: ; ¡< * ■'■' - *''* '■; •
2 .5 4 grs. 
sal
1 0 grs . c lo ro 8 .4 6 grs. c lo ro
R g . I - I . - E I g ram o d e so d io reaccionará c o n una ca n tid a d m u y d e fin id a de 
c lo ro ( 1 .5 4 g rs .) qu ed á n d o se e l e x c e so sin reaccionar.
S e g ú n e l e x p e r i m e n t o , e l s o d io y e l c lo r o h a n r e a c c i o n a d o e n la p r o p o r c ió n :
s o d io 1 g r .
c lo r o 1 .5 4 g r s .
= 0 ,6 6 7
¿ C o n s e g u i r e m o s , c a m b ia n d o l a s c o n d ic io n e s d e r e a c c ió n , q u e e l g r a m o d e s o d io 
re a c c io n e c o n to d o s lo s d ie z g r a m o s d e c lo r o ?
O e n o t r a s p a l a b r a s : ¿ c o n s e g u i r e m o s f o r m a r s a l c o m ú n e n t r a n d o lo s e le m e n to s 
e n o t r a p r o p o r c ió n d i f e r e n t e a la a n t e r i o r ( 0 ,6 6 7 ) ?
F r a c a s a r á to d o in t e n to .
L a le y d e l a s p r o p o r c io n e s d e f in id a s 1 d i c e q u e c u a n d o d o s o m á s e le m e n to s se 
u n e n p a r a f o r m a r u n m is m o c o m p u e s to lo h a c e n e n p ro p o rc io n e s fija s .
O b i e n , e n u n c ia d a a l r e v é s : T o d o c o m p u e s to c o n t i e n e lo s m is m o s e le m e n to s e n 
l a s m is m a s p r o p o r c io n e s e n p e s o 2.
1-3. L e y d e las p ro p o rc io n e s m últ ip les .
A l h a c e r r e a c c io n a r u n g r a m o d e o x íg e n o c o n c o b r e , la c a n t i d a d d e é s t e c o n s u ­
m id a e s e x a c t a m e n te 5 ,9 7 1 g r s . .
o x ig e n o í c o b r e -► ó x id o d e c o b r e [11 
I g r . 3,971 grs.
1 Fue enunc iada p o r P rousi e n 1801.
3 M odernam en te se sab e que hay excepciones a e sta ley . Se tra ta de los llam ados com puestos 
n o cstequ iom étricos.
10
P e r o e n c o n d i c i o n e s e x p e r i m e n t a l e s d i f e r e n t e s 1 g r . d e o x í g e n o p u e d e r e a c c i o n a r 
c o n o t r a c a n t i d a d d i f e r e n t e d e c o b r e , t a l c o m o 7 .9 4 2 g r s . :
o x íg e n o 4 - c o b r e —> ó x i d o d e c o b r e [ 2 ]
1 g r . 7 .942 grs.
¿ F a l l a e n t o n c e s l a le y d e l a s p r o p o r c i o n e s d e f i n id a s ?
%
N o . p o r q u e s e t r a t a d e do s ó x i d o s d e c o b r e d i f e r e n t e s 3 y l a le y a n t e r i o r s e r e f i e r e 
a u n m i s m o c o m p u e s t o .
S i e n t o n c e s d i v i d i m o s lo s g r a m o s d e c o b r e ( n ú m e r o s u n t a n t o c o m p l i c a d o s ) q u e 
e n a m b o s c a s o s s e c o m b i n a r o n c o n l a m i s m a c a n t i d a d (1 g r . ) d e o x íg e n o , v e r e m o s 
q u e r e s u l t a u n n ú m e r o e n t e r o m u y s e n c i l l o :
7 .9 4 2 _ 2 
3 ,9 7 1
L o a n t e r i o r e s u n e j e m p l o d e l a l e y d e l a s p r o p o r c i o n e s m ú l t i p l e s 4 q u e a f i r m a : 
L a s c a n t i d a d e s d e u n m i s m o e l e m e n t o q u e s e c o m b i n a n c o n u n a c a n t i d a d f i ja d e 
o t r o p a r a f o r m a r v a r io s c o m p u e s t o s e s t á n e n l a r e l a c ió n d e l o s n ú m e r o s e n t e r o s 
s e n c i l l o s .
1-4. T e o r í a a t ó m ic a d e D a l t o n .
L a s a n t e r i o r e s le y e s d e l a s c o m b i n a c i o n e s q u í m i c a s , t o t a l m e n t e e m p í r i c a s y s in 
c o n e x i ó n e n t r e s í , f u e r o n r e u n i d a s y e x p l i c a d a s p o r D a l t o n 5 p a r t i e n d o d e u n o s 
p r i n c i p i o s t e ó r i c o s c o m u n e s .
D a l t o n s u p u s o q u e l a m a t e r i a e r a d i s c o n t i n u a , p u e s e s t a b a f o r m a d a p o r p a r t í c u l a s 
i n d i v i s i b l e s : l o s á to m o s .
C o n m á s d e t a l l e , s u t e o r í a a t ó m i c a a f i r m a l o s i g u i e n t e :
l ) L o s e l e m e n t o s e s t á n c o n s t i t u i d o s p o r á to m o s , p a r t í c u l a s d i s c r e t a s d e m a t e r i a , 
q u e s o n i n d i v i s ib l e s .
3 El p r im e ro se r ía e l ó x id o c ú p r ic o y el seg u n d o e l ó x id o c u p ro so .
* E n u n c ia d a p o r D a lto n e n I803.
3 D a lto n e x p u so su teo ría a tó m ic a e n 1808.
11
2 ) T o d o s lo s á to m o s d e u n m is m o e le m e n to s o n id é n t ic o s e n m a s a y p r o p ie d a d e s .
3 ) L o s á to m o s d e d i s t i n to s e le m e n to s t ie n e n d i f e r e n t e m a s a .
4 ) L o s c o m p u e s to s s e f o r m a n p o r la u n ió n d e á to m o s d e lo s c o r r e s p o n d ie n te s 
e le m e n to s e n u n a r e la c ió n n u m é r ic a s e n c i l la .
V e a m o s a c o n t in u a c ió n c ó m o la te o r ía a tó m ic a e x p l i c a l a s le y e s d e la s c o m b in a ­
c io n e s .
S i e n u n a r e a c c ió n q u ím ic a lo s á to m o s n o c a m b i a n , s in o s ó lo se re a g ru p a n , n o 
p u e d e h a b e r v a r ia c ió n d e m a s a . L a m a s a s e c o n s e r v a .
¿ Y la le y d e la s p r o p o r c io n e s d e f in id a s ?
Fig. 1-2.- L a ca n tid a d d e p ro d u c to o b te n id o en una reacción n o depende d e l exceso
a e una a e ¡as sustancias reaccionantes.
0 • • • • o
0 0 + • • • • — 90 90 + • • •
o • • • 90 • • •
4 á to m o s • • • m • •
d e s o d io •
1 5 á t o m o s d e c lo ro
4 m o lé cu la s 
«ie sal c o m ú n
1 1 á to m o s 
d e c lo ro
S u p o n g a m o s ( f ig . 1-2) q u e te n e m o s 4 á to m o s d e s o d io y 15 á to m o s d e c lo r o . E n ­
to n c e s , c o m o p a r a f o r m a r la s a l c o m ú n s e u n e n a m b o s e le m e n to s á to m o a á to m o , 
q u e d a r á n 11 á to m o s d e c lo r o s in r e a c c io n a r . A d e m á s , c o m o to d a s l a s m o lé c u la s 
d e s a l c o m ú n s o n ig u a le s , c u a lq u i e r p o rc ió n d e e s ta s u s ta n c ia t e n d r á lo s m is m o s 
p o r c e n ta je s d e s o d io y c lo r o q u e u n a s o la m o lé c u la .
P o r ú l t im o , e n c u a n to a la le y d e la s p r o p o r c io n e s m ú l t i p le s , v a m o s a im a g in a r 
( f ig . 1 -3 ) q u e e l ó x id o c ú p r ic o s e fo r m a u n ié n d o s e e l c o b r e y e l o x íg e n o á to m o 
a á to m o , y , e n c o n d ic io n e s d i f e r e n te s , c a d a á to m o d e o x íg e n o s e u n e c o n d o s d e 
c o b r e p a r a p r o d u c i r ó x id o c u p r o s o . C o m o lo s á to m o s s o n in d iv is ib le s , c a d a á to m o
l ig . 1 - 3 .- S eg ú n reacc ione un 
á to m o d e o x ig e n o c o n u n o o dos 
á to m o s d e cobre se fo rm a n d o s 
sustancias d ife ren tes: e l ó x id o 
cúprico y e l ó x id o cuproso.
O 4 • - 0*
o x íg e n o co b re
ó x id o
c ú p ric o
O : - O
ó x id o c u p ro s o
12
d e o x íg e n o n o p o d r á u n i r s e c o n u n n ú m e r o n o e n t e r o d e á to m o s d e c o b r e . P o r 
ta n t o , l a s m a s a s d e c o b r e q u e s e c o m b in a n c o n u n a m is m a d e o x íg e n o e s t a r á n 
e n l a r e l a c ió n 2 : 1 , e s d e c i r , d e l o s n ú m e r o s e n te r o s s e n c i l lo s .
1-5. Ley de los v o lú m e n e s d e com b in a ció n .
L a s a n te r io r e s le y e s d e l a s c o m b in a c io n e s s o n le y e s p o n d e ra le s , e s d e c i r , s e r e ­
f i e r e n a lo s p e s o s d e la s s u s ta n c ia s q u e e n t r a n e n ju e g o e n la s r e a c c io n e s q u ím ic a s .
E s ta , p o r e l c o n t r a r i o , e s u n a le y v o lu m é tr ic a , q u e f u e d e s c u b ie r t a ta m b ié n e m ­
p í r i c a m e n te p o r G a y -L u s s a c ® e s t u d ia n d o lo s v o lú m e n e s d e lo s g a s e s r e a c c io n a n ­
te s y r e s u l t a n t e s .
11 2 1 . 2 L
o x íg e n o
0
n itró g e n o
0
h id ró g e n o
h id ró g e n o
3 1 .
h id ró g e n o
c lo ro
a g u a (v a p o r )
c lo r u r o de 
h id ró g e n o
f lg . 1-4. L o s vo lú m en es d e lo s gases q u e in terv ien en e n una reacción es tá n e n ¡a 
relación d e n ú m e ro s en te ro s sencillos
L a s e x p e r i e n c ia s r e a l i z a d a s ( f ig . 1 -4 ) p u e d e n r e s u m ir s e e n e l s ig u ie n te e n u n c ia d o :
L o s v o lú m e n e s , m e d id o s e n l a s m is m a s c o n d ic io n e s , d e la s s u s ta n c ia s g a s e o s a s 
q u e in t e r v i e n e n e n u n a r e a c c ió n q u ím ic a e s t á n e n u n a r e l a c ió n d e n ú m e r o s e n te ­
ros sen c illo s .
A s í, p o r e je m p lo , 1 l i t r o d e o x íg e n o r e a c c io n a e x a c t a m e n te c o n 2 d e h id r ó g e n o , 
p r o d u c i e n d o v a p o r d e a g u a e n u n v o lu m e n , a d e m á s , d e 2 l i t r o s e x a c to s .
4 Fue d a d a a conocer e n 1808.
13
G a y -L u ssa c c o m p r o b ó c s lo n o s in c ie r ta s o r p re s a , h a b id a c u e n ta q u e la s re a c c io ­
n e s e n t r e s ó l id o s , l íq u id o s o g a se s s e e f e c tú a n e n r e la c io n e s p o n d e ra le s b a s ta n te 
p o c o se n c illa s .
1-6. Hipótesis de Avogadro.
A v o g a d ro . t r a ta n d o d e e x p lic a r lo s r e s u l ta d o s o b te n id o s p o r G a y -L u ssa c d e n tr o 
d e la te o r ía a tó m ic a , e m it ió la h ip ó t e s i s 7 d e q u e :
A ig u a ld a d d e p re s ió n y te m p e ra tu r a , e n v o lú m e n e s ig u a le s d e to d o s lo s g a se s 
e x is te e l m ism o n ú m ero d e m oléculas.
U n a c o n s e c u e n c ia m u y im p o r ta n te d e e s ta h ip ó te s is e s la d e d u c c ió n d e q ue la s 
m o lé c u la s d e lo s g a se s e le m e n ta le s so n b ia tóm icas ( H j , C l«, O ? , e tc .) y n o m o n o ­
a tó m ic a s , c o m o h a s ta e n to n c e s s e h a b ía c re íd o .
¿ C ó m o s e d e d u c e ?
S i fu e ra n m o n o a tó m ic a s , a l re a c c io n a r 1 l i tr o d e h id ró g e n o y I d e c lo r o d e b e r ía 
o b te n e r s e I l i t r o d e c lo r u r o d e h id ró g e n o y n o 2 l i t r o s , c o m o r e a lm e n te s e o b t ie ­
n e , p u e s to q u e é s te s e fo r m a p o r u n ió n á to m o a á to m o d e h id ró g e n o y c lo ro y 
r e s u l ta r ía e l m is m o n ú m e r o d e p a r t íc u la s q u e e l h id ró g e n o o c lo r o d e p a r t id a , 
p o r lo q u e o c u p a r ía 1 l i t r o ( f ig . 1-5).
E x p e rie n c ia de 
G a v -L u ia c c
E x p lic a c ió n de 
A v o g a d ro
11 + ■ — 2 1 . P
h idrógeno c lo ro c lo ru ro de h id ró g e n o |
8
% C
O
+m —
CO O # O #
Fig. 1-5. Las m oléculas de los g jses elem entales son biatómicas.
i E n 1 8 1 1 .
14
1-7. Pesos a tó m ico s y m oleculares.
D a l to n e s t a b le c e e n s u s p o s tu la d o s q u e l a s d i s t i n t a s c la s e s d e á to m o s t ie n e n u n 
p e s o a tó m ic o d i f e r e n t e .
S i n o f u e r a a s i . lo s c u e r p o s r e a c c io n a r ía n g r a m o a g r a m o o e n u n a r e la c ió n p o n ­
d e r a l d i f e r e n t e a la 1 : 1 . p e r o s ig u ie n d o n ú m e r o s e n t e r o s : 1 : 2 . 3 : 2 . e t c . L a e x ­
p e r i e n c ia . d e s d e lu e g o , n o c o n f i r m a e s t o ( I g r . d e s o d io r e a c c io n a c o n 1 .5 4 d e 
c lo r o , e tc . ) .
H a b r á e n to n c e s e le m e n to s c o n s t i t u id o s p o r á to m o s m á s p e s a d o s y o t r o s p o r á to ­
m o s m á s l ig e ro s .
P a r a m e d i r e s ta p r o p ie d a d s e n e c e s i ta f i ja r u n a u n id a d . H n u n p r in c ip io s e to m ó 
c o m o p a t r ó n , m u y ló g ic a m e n te , e l á to m o m á s l ig e r o : e l h id r ó g e n o , a l q u e s e a s ig ­
n ó e l v a lo r d e I .
A s í . s i u n e le m e n to t i e n e u n p e s o a tó m ic o d e 4 0 . q u i e r e d e c i r q u e s u s á to m o s 
s o n 4 0 v e c e s m á s p e s a d o s q u e e l á to m o d e h id r ó g e n o .
A c tu a lm e n te , a fin d e d e te r m in a r lo s c o n m á s e x a c t i tu d , s e to m a c o m o u n id a d a 
1 / 1 2 d e l p e s o d e u n i s ó to p o d e l c a r b o n o : e l C ,a . D e e s ta m a n e r a , e l á to m o d e 
h id r ó g e n o r e s u l ta e n to n c e s c o n u n p e s o a tó m ic o d e 1 .0 0 8 u . m . a . * .
E n u n c o m p u e s to n o p u e d e h a b la r s e d e s u p e s o a tó m ic o , s in o d e s u p e so m o le c u -. 
la r. q u e s e r á l a s u m a d e lo s p e s o s d e l o s á to m o s q u e lo c o n s t i tu y e n .
P o r e je m p lo , e l a g u a , H j O . t e n d r á u n p e s o m o le c u la r d e 2 X I + 1 6 = 18 u . m . a .
A u n q u e p o r c o s tu m b r e s e s ig u e n l l a m a n d o p e s o s a tó m ic o s y m o le c u la r e s , e n r i ­
g o r e s m á s c o r r e c to h a b l a r d e m u sa s a tó m ic a s d e lo s e le m e n to s y m a sa s m o le c u ­
la re s d e lo s c o m p u e s to s , y a q u e e l c o n c e p to d e p e s o e s tá d e r iv a d o d e l d e m a s a 
y e x ig e u n c a m p o g r a v i t a t o r io p a r a s u p u e s ta e n e v id e n c ia .
1-8. C o n c e p t o de mol.
C o m o e n l a s e x p e r i e n c ia s o r d i n a r i a s n o m a n e ja m o s c a n t i d a d e s d e l o r d e n d e l á to ­
m o o m o lé c u la , s in o d e l o r d e n d e l g r a m o , n o s r e s u l ta ú t i l , p a r a c o m p a r a r c a n t i ­
d a d e s d e d i f e r e n t e s m a te r i a s , i n t r o d u c i r e l c o n c e p to d e m o l.
8 U nidades d e m asa atóm ica (u . m . a.).
15
E n u n p r in c ip io e l m o l p u e d e d e f in ir s e c o m o : e l n ú m e r o d e g ra m o s d e u n a su s ­
ta n c ia ig u a l a s u p e s o m o l e c u la r 9.
A s i. p o r e je m p lo , s i:
e l Pm d e l a g u a ( H ? 0 ) e s 1 8 . s u m o l s e r á 18 g rs . 
e l Pm d e l o x ig e n o ( 0 ;) e s 3 2 . s u m o l s e r á 3 2 g rs .
S e g ú n s e v e . e l m o l p u e d e c o n s id e r a r s e c o m o u n m ú ltip lo e n o r m e d e l p e so d e 
la s m o léc u la s . T a n e n o rm e c o m o p a r a h a c e r q u e la c a n t i d a d q u e re s u l te n o s sea 
m a n e ja b le .
Y c o m o lo s m o le s d e d o s s u s ta n c ia s c u a le s q u ie r a e s t á n e n l a r e la c ió n d e su s p e so s 
m o le c u la r e s , d e b e n c o n te n e r e l m is m o n ú m e r o d e m o lé c u la s .
¿ C u á l e s e s te n ú m e r o d e m o lé c u la s ?
E l n ú m e r o d e m o lé c u la s c o n te n id o e n u n m o l d e cu a lq u ie r su s ta n c ia s e llam a 
n ú m e r o d e A v o g a d ro ,0. N„.
N „ = 6 .0 2 1023 
A h o r a p o d e m o s c o n o c e r e l p e s o d e la s m o lé c u la s e n g ra m o s :
M o l , , , „ . ( m o lé c u la H j = 3 ,3 5 - 1 0 24 g rs .
— — = p e s o m o lé c u la P . e j . < . . . „ „
N „ f m o lé c u la O í = 5 ,3 • 1 0 23 g rs .
C o n e s to , e l c o n c e p to p r im i t iv o d e m o l s e h a a m p l ia d o , y m o d e r n a m e n te s e d e f in e 
e l m o l c o m o :
L a c a n tid a d d e c u a lq u ie r m a ter ia q u e c o n tie n e u n n ú m e r o d e A v o g a d ro , N„, de 
partícu la s .
Y a s e a n e s ta s p a r t í c u l a s m o lé c u la s , á to m o s , io n e s , e le c t r o n e s , e t c . 11.
0 Por e llo tam bién h a rec ib ido el nom bre d e molécula-gramo.
10 Fue determ inado p o r vez prim era m ediante m edidas ópticas p o r Raylcigh e n 1875.
u C on lo cual desaparecen tam bién los conceptos d e átom o-gram o e ión-gram o. Puede hab lar­
se d e un m ol d e átom os o iones.
16
1-9. Pesos moleculares de gases.
C o m o , p o r d e f in ic ió n , u n m o l d e c u a lq u ie r s u s ta n c ia c o n t ie n e e l m is m o n ú m e r o 
d e m o lé c u la s y , s e g ú n A v o g a d ro , e l m is m o n ú m e r o d e m o lé c u la s d e g a s e s o c u p a n 
v o lú m e n e s ig u a le s :
U n m o l d e cu a lq u ie r gas o c u p a e n id é n tic a s c o n d ic io n e s e l m ism o vo lu m e n .
E s te v o lu m e n e n c o n d ic io n e s n o rm a le s (0 " C y 7 6 0 m m .) p u e d e c o m p r o b a r s e ex - 
p e r im e n ta lm c n tc q u e e s d e 2 2 ,4 litro s 12. y s e c o n o c e c o n e l n o m b r e d e vo lu m e n 
m olar.
A sí:
17 g r s . d e N H j i
5 2 g r s . d e O : o c u p a n 2 2 .4 I. e n c . n .
4 4 g r s . d e C O > '
P a ra d e te r m in a r e l p e s o m o le c u la r d e u n g a s p ro c e d e r e m o s e n to n c e s a la in v e r s a . 
B a s ta r á c o n a v e r ig u a r c u á n to p e s a n 2 2 A I. d e l m is m o e n c o n d ic io n e s n o rm a le s .
P R O B L E M A
R E S U E L T O
1-1 .
D eterm inar el peso m olecular de un gas sabiendo que 3.12 gr. de! mism o en 
condiciones norm ales ocupan un volum en d e 2.5 I.
Solución:
El núm ero de m oles de gas será:
N úm ero d e m oles =
gr-
P -
3.12
A hora bien, un mol d e este gas en condicionesnorm ales ocupará un volumen 
de 22.4 I. Se puede, pues, escrib ir la siguiente proporción:
I 22.4
3.12/P»
despejando el va lo r d e P . se obtiene:
P„ = 28
2.5
],¿ Conviene recalcar que esic volum en se refiere exclusivam ente n gases. A sí. p o r ejem ­
p lo . 1 mol de agua e n estado líqu ido ocupa 18 cc.. m ientras que en estado gaseoso (100- C 
y I atm .) ocupa 30.600 cc. (si el agua fuera gaseosa e n c . n .. ocuparía entonces 22.400 cc.. 
p o r supuesto).
17
O i r o m é to d o p a r a d e t e r m i n a r e l p e s o m o le c u la r d e u n g a s s e l le v a a c a b o m id ie n ­
d o s u d e n s id a d r e la t iv a r e s p e c to a o t r o ; p o r e je m p lo , e l h id r ó g e n o .
E l r a z o n a m ie n to e s e l s ig u ie n te :
P e s o d e u n v o l . ( c u a l q u ie r a ) d e g a s A = p e s o I m o le c . A X n m o le c .
P e s o : ig u a l v o l . (m is m a s c o n d ic . ) d e H 2 = p e s o 1 m o le c . H : X n m o le c . 
D iv id ie n d o m ie m b r o a m ie m b r o :
D aihzi = p (Í : hJ \ A_ , ) . d e d o n d e . Pm d e A = 2 D a ,h2,
s i e n d o D a(H *) la d e n s id a d d e l g a s A . c u y o p e s o m o le c u la r s e d e s c o n o c e , c o n r e s ­
p e c to a l h id r ó g e n o .
1-10. Peso equivalente.
a ) L e y d e las p ro p o rc io n e s e q u iv a le n te s .
S u p o n g a m o s q u e h e m o s r e a l i z a d o c u a t r o r e a c c io n e s d i f e r e n t e s d e l h id r ó g e n o c o n 
o t r o s c u a t r o e le m e n to s . L o s r e s u l ta d o s o b te n id o s n o s in d ic a n q u e 1 g r . d e h id r ó ­
g e n o s e c o m b in a c o n 8 g r s . d e o x íg e n o y c o n 2 0 g r s . d e c a lc io y c o n 3 5 ,5 g rs . d e 
c lo r o y c o n 2 3 g r s . d e s o d io ( l ig . 1-6).
r
^ 8 g r s . o x íg e n o
oxigeno _ 8
L c a lc io 2 0^ 2 0 g rs . c a lc io
|— | » c o m b i n a l ■ —
1 8,1 i ” 1
I --------- ► 35 ,5 grs. cloro
h id ró g e n o |
cloro _ 35,5
i 1 s o d io 2 3L .
■ '
^ 2 3 g rs . s o d io
Fig. l -6 .-C a n tid a d e s d e d ife re n te s e le m e n to s q u e se c o m b in a n c o n 1 gr. de
hidrógeno.
18
D e a q u í s u rg e la ley d e la s p ro p o r c io n e s e q u iv a le n te s q u e a f irm a q u e lo s p eso s 
d e d i f e r e n te s e le m e n to s q u e s e c o m b in a n c o n u n m ism o p e s o d e o t r o e le m e n to d a n 
la r e la c ió n e n q u e e llo s se c o m b in a n e n tr e s í (o m u l t ip l ic a d a p o r u n n ú m e ro 
s e n c illo ) .
A s í. p o r e je m p lo , e l o x íg e n o re a c c io n a rá c o n e l c a lc io e n la p ro p o r c ió n 8 : 2 0 . e tc .
b ) C o n cep to d e peso e q u iva le n te .
T o d a s la s a n te r io r e s c a n t id a d e s d e e le m e n to s t ie n e n , p u e s , la m ism a c a p a c id a d 
d e c o m b in a c ió n q u ím ic a , e s d e c ir , s e e q u iv a le n q u ím ic a m e n te .
A ig u a ld a d d e p e s o , e l h id ró g e n o t ie n e m a y o r c a p a c id a d 13 p a r a c o m b in a rs e q u í­
m ic a m e n te q u e e l o x íg e n o , p o r e je m p lo .
Se d e l in e el peso e q u iv a le n te d e u n e le m e n to ( o c o m p u e s to ) c o m o la c a n t id a d 
d e l m is m o q u e s e c o m b in a o re e m p la z a a ' l p a r te d e h id r ó g e n o M.
c ) H jem p los d e peso equ iva len te .
P o r ta n to .
s ie n d o v l a v a le n c ia d e l e le m e n to , e s d e c ir , e l n ú m e r o d e á to m o s d e h id ró g e n o
c u e p u e d e n u n ir s e o s e r s u s t i tu id o s p o r u n á to m o d e l e le m e n to (f ig . 1-7).
H
O
cloro
Fig. 1 -7 .- R elación ent, 
elem entos.
c
oxigeno
re e l peso a tó m ico y peso
H
O0 - - 4
nitrógeno
equivalente de diversos
13 Esto no q u ie r e d ec ir m ayor fa c ilid a d .
14 C aso d e que no se com bine d irectam ente con el hidrógeno, se determ inará por procedi­
m ientos indirectos.
19
N o y a s ó lo lo s e le m e n to s , s in o ta m b ié n lo s c o m p u e s to s , t i e n e n p e s o e q u iv a le n te . 
E n e s te c a so :
n
A q u í v q u e d a s u s t i t u id a p o r n ( n o p u e d e h a b la r s e d e v a le n c ia d e u n c o m p u e s to ) . 
¿ Q u é e s n ? V e a m o s a lg u n o s e je m p lo s :
H ; . n = 2 A l( O H ) í . n = 3
C a O . n = 2 N O ,H . n = 1
E n e l c a s o d e H : . n = 2 p o r q u e p u e d e s u m in i s t r a r 2 á to m o s d e h id r ó g e n o . E l C a O ,
a l r e a c c io n a r c o n u n á c id o r e e m p la z a 2 h id r ó g e n o s : A l( O H ) j , 3 . y N O « H s u m i­
n is t r a 1.
E n la s r e a c c io n e s d e o x id a c ió n - r e d u c c ió n , n e s e l n ú m e r o d e e le c t r o n e s g a n a d o s o 
p e r d id o s p o r e l e le m e n to o c o m p u e s to .
d ) C o n c e p to d e e q u iv a le n te .
E l e q u iv a le n te - g r a m o o s im p le m e n te e l e q u iv a l e n te e s e l p e s o e q u iv a le n te e x p re s a d o 
e n g ra m o s .
E s u n c o n c e p to b a s ta n te ú t i l . p u e s , e n u n a p r im e r a a p r o x im a c ió n , p o d e m o s a d m i t i r 
q u e lo s c u e r p o s r e a c c io n a n e q u iv a le n te a e q u iv a le n te .
1. C U E S T I O N E S
1-1. Es cierta o falsa la sigu ien te afirm ación: «Un mol d e agua con tiene un 
núm ero d e A vogadro d e m oléculas y a O 'C y 760 m m . ocupa 22,4 litros.» Ra­
zonar la respuesta.
1-2. Es c ie rta o no la siguiente afirm ación: «E n un mol de su lfa to de alum i­
n io . s i se en cuen tra en condiciones norm ales, habrá contenidos 3 • 6,02 10” 
á tom os de azufre.»
1-5. El crom o form a tres óx idos d iferen tes e n los cuales los porcentajes de 
crom o son, respectivam ente, 52,0, 68.4 y 76.5. C om probar con estos dato s la 
ley d e las proporciones m últiples.
20
1 4 . ¿P o r qué l liiro d e gas nitrógeno y 3 litros d e h idrógeno se com binan 
para dar 2 litros de amoniaco?
1-5. ¿E l volum en d e un mol de cualquier gas es siem pre el mism o e n condi­
ciones norm ales? ¿Y e n otras condiciones?
1-6. ¿C uál será e l núm ero de m oléculas, volum en y núm ero de gram os, de un 
mol de m etano ch condiciones norm ales? Razonar la respuesta.
1-7. ¿E s c ierto que un gram o d e oxigeno reacciona con dos gram os do hidró­
geno para dar tres gram os de agua?
1-8. ¿Las reacciones en tre los elem entos se producen mol a mol?
1-9. ¿C uál será el peso equivalente de las siguientes sustancias?:
a) N : b) H .P O . c) Al d ) N aO H
L E C T U R A 1 P RINCIPIOS DE C O N S E R V A C I O N
Lavoisier y el principio de conservación de la masa.
E xisten en las ciencias físicas y quím icas los llam ados principios de conservación, que 
p o r su g ran generalidad pueden considerarse com o los p ilares fundam entales de todo el 
edificio de la ciencia, derivándose d e ellos g ran cantidad de leyes y unificando los diversos 
cam pos de estos ciencias.
Los principios d e conservación tienen de com ún el estab lecer q u e . sea lo que suceda 
en u n sistem a de cuerpos en interacción, hay ciertas m agnitudes m cdibles (la m asa, canti­
dad d e m ovim iento o energía totales), que perm anecen constantes e n determ inadas con­
diciones.
Recordem os que el pensam iento griego gira en to m o al tem a del m ovim iento (pero el movi­
m iento en su sentido filosófico de cam bio). En sus cosm ogonías nos encontram os conun 
paso com ún fundam ental en el proceso de constitución del m undo: es el paso del caos pri­
m itivo. confuso y azaroso, al cosm os, o rdenado y som etido a leyes naturales. En conexión 
con esto aparece la idea d e que debajo d e todo cam bio, d e todo m ovim iento, subyaee algo 
que no cambia, que perm anece inm utable, lo cual hace que el m undo sea susceptible de ser 
com prendido.
21
Parm énidcs y H cráclito d ispu tan sobre esle p rob lem a, y p ara conciliar su s postu ras in­
te rvend rán A naxágoras. E m pédocles. L cucipo y D em ócrito con sus teo rías p luralistas. Platón 
con las Ideas y A ristó teles con la teo ría hilcmórfica.
Pues b ien , s i analizam os deten idam en te los princip ios d e conservación en la s ciencias físico- 
na tu ra les . podrem os com probar su estrecha conexión con e l pensam ien to griego.
Los principios J e conservdción rompen el caos J e las apariencias y llaman la atención hacia 
algo que permanece constante. Señalan que el desorden q u e a sim ple vista se nos aparece 
e n los fenóm enos na tu ra les -e s tá m ontado» sobre un determ inado orden .
Por su p u esto que estos p rinc ip ios no nos son dados d e m odo inm ediato . De lu simple 
aprehensión d e los fenóm enos que acontecen en el m undo n o podem os descub rir, p o r ejem ­
p lo . que la energía se conserva, sino q u e e s to nos lleva al o tro ex trem o, ya que supone la 
c lupa final del proceso d e construcción d e la ciencia. Y p o r aqu í, podríam os d iscu tir e n ­
tonces s i son estric tam ente leyes naturales o n o . e n e l sen tido d e conocer la partic ipación 
q u e e n e llas tiene no só lo la na tu ra leza , s in o tam bién el hom bre . ¿ E s sim plem ente un se­
c re to q u e el hom bre desvela a la n a tu ra leza o es copartíc ipe con ella e n su e laboración? 
H ay q u e ten e r p resen te que é l. al h acer la ciencia, h a ido creando conceptos c ientíficos, que 
son conceptos arii/iciales. p o r muy fam iliarizados que estem os con ellos (aceleración , tem ­
p e ra tu ra . energ ía , e tc .) , a lguno d e los cuales, la energ ía , com prueba q u e se aiusta a princi­
p io de conservación.
C om o ejem plo d e to d o lo d ich o vam os a h acer una referencia h istó rica a l surgim iento del 
princip io d e conservación d e la masa.
Prev iam ente n su en unc iado h ab ía sido necesario defin ir el concep to d e masa. L a m asa de­
riva del an tiguo concepto filosófico d e materia, pero ésta , al n o ser m ensurab le , n o puede 
e n tra r e n la ciencia. «M ateria» es un concepto m etafísico . luego «can tidad d e m alcrió» no 
es nada m ensurable . P ero la m ateria tiene propiedades sensibles. Pues b ien , y é sta es la 
g ran apo rtac ión d e N ew to n . la resistencia que o p o n e la m ateria a ser m ovida s i e s tá quieta, 
o de ten id a , s i e n m ovim iento , es lo que se define com o masa.
E n 1789 Lavoisier enuncia p o r vez prim era el p rinc ip io d e conservación de la m asa e n su 
Traité elementaire de chimie:
«D ebem os considerar com o un axiom a incontestable que en todas las operaciones del 
A rte y la N atu ra leza nada se creo; la m ism a can tidad de m ateria existe an tes v des­
pués d e u n experim ento . . . y n o ocu rre o tra cosa q u e cam bios y m odificaciones en 
la com binación d e estos elem entos. T odo el a rte de rea liza r experim entos quím icos 
depende d e este principio.»
El significado q u e da a «can tidad de m ateria* es e l d e peso (o m asa). E n efecto , la ra íz del 
g ran im pulso q u e Lavoisier d io a la Q u ím ica (es considerado e l p ad re d e la Q uím ica m o­
derna) es e l em pleo d e la balanza com o instrum ento fundam ental d e trabajo . ¿Y q u é supone 
es to ? Ni m ás n i m enos que em plear u n lenguaje cuantitativo, m atem ático , al m odo com o 
h ab ía hecho G alileo en el cam po d e la física unos dos siglos antes.
Hoy d ía . el p rinc ip io d e Lavoisier nos parece ev iden te , casi d e «sentido com ún» . P ero he­
m os d e tener e n cuenta q u e el llam ado «sentido com ún* es función del con tex to cu ltu ral
22
de cada época y fru to d e una rad ical, a veces, evolución. Vamos a exam inar la época in­
m ediatam ente an terio r a Lavoisicr y nos apercibirem os de que lo ev idente n o era de ningún 
m odo el principio d e conservación d e la m asa, sino precisam ente todo lo con trario , de la 
m ism a m anera que p ara los griegos e ra d e «sentido común» que el Sol girase a lrededor de 
la T ie rra , q u e es lo que «se ve».
A ún e n el siglo x v m quedaron en la ciencia reliquias d e la teoría d e Empedoeles de los 
cuatro elem entos y la s cú a tro cualidades prim arias, q u e . recogida p o r A ristóteles y avalada 
p o r su enorm e prestigio, había servido a la A lquim ia com o herram ienta d e trabajo . Según 
esta doctrina, com o la tie rra e ra una m ezcla d e frío y sequedad y el agua, de frío y hum e­
d ad . s i la hum edad se cam biaba en sequedad , s i se calentaba a ebullición , el agua podía 
transform arse en tierra . E sto había sido m anten ido incluso p o r científicos de la ta lla de 
Boylc y N cw ton. N cw ton afirm ó que «la N aturaleza parece com placerse con transm uta­
ciones*. y concretó : « E l' agua, p o r m edio de frecuentes destilaciones, se transform a en 
tie rra estable.»
E n 1770 Lavoisicr acabó con la antigua leyenda. E xperim entando con recipientes perfec­
tam en te lim pios, dem ostró cuantita tivam ente que la cantidad d e m ateria sólida hallada en 
una m asa d e agua calentada du ran te c ien to un d ías procedía d e la vasija y e l agua e n s í no 
había sufrido cam bio alguno, siendo1 su peso igual a l del agua con la que se inició el ex­
perim ento.
Poco m ás tarde (1774-78) se ocupó d e la idea p redom inante d e que la m asa podía cam ­
biarse p o r reacciones quím icas. C uando se calcinaban los m etales aum entaba su m asa, pero 
Lavoisicr dem ostró que esto ocurría sim plem ente porque ex tra ía del a ire a lguna cosa, que 
identificó com o oxígeno, que en esos años (1774) había descubierto Pricstlcy. T eniendo en 
cuenta esto , la m asa to tal no m ostró cam bio alguno.
A sí propuso la idea de que la m asa es algo perm anente c indestructib le , algo que se con­
servaba pese u todos los cam bios. N cw ton había defendido la idea de una m asa que per­
m anecía constante a través d e lodos los cam bios d e m ovim iento, d inám icos. Lavoisicr de­
m ostraba a continuación que lo mism o era c ierto para los cam bios quím icos.
23
A T O M O
2-1. La división del átom o y posteriores teorías 
sobre su estructura.
a ) Las principales panículas elementales.
A unque se sospechaba desde las experiencias e lectro líticas q u e realizó Faraday 
en 1850. fue e n los ú ltim os años del siglo x ix cuondo se com probó q u e el á to ­
m o era divisible y poseía, adem ás, naturaleza eléctrica.
R a y o s p o sitivo * R a y o s c a tó d ic o s
Fig. 2-1. Descarga eléctrica e n un tu b o a un 
vacio d e 10 3 m tn . con c á to d o perforado y 
á n o d o d e fo r m a especial (an ticá todo). E n estas 
circunstancias se p ro d u cen s im u ltá n ea m en te ra­
y o s ca tód icos, rayos anód icos o p o s itiv o s v ra­
y o s X.
T ales conclusiones llegaron d e un lugar inesperado: del estud io de las descargas 
eléc tricas e n los tubos de vacío (fig. 2-1). T hom son descubrió a s í en 1897 el 
electrón, p artícu la constituyente d e los llam ados rayos catódicos. W icn y mas 
tarde T hom son , e n 1906. identificaron e l protón en los rayos canales o positivoscu an d o el tu b o se h ab ia llenado in icialm entc de h idrógeno . El descubrim iento 
del neutrón fue bastan te posterior. Lo realizó C hadw ick e n 1932, identificando 
la s partícu las p roducidas al bom bardear e l berilio con partícu las a.
b) El primer m odelo atómico.
La prim ero hipótesis acerca d e la e stru c tu ra del átom o fue dada p o r T hom son 
poco después de descubrir el e lec trón . El átom o seria u n a esfera m ateria l de 
elec tric idad positiva den tro d e la cual, com o gránulos. se encon trarían los clcc-
24
troncs negativos. P rácticam ente la to talidad d e la m asa del á tom o estaría aso­
c iada a la e lec tric idad positiva , lo que estaba de acuerdo con los resultados 
experim entales.
c) F.l átomo nuclear d e Rutherford.
Un paso decisivo en el estud io d e la estructu ra del á tom o fue d a d o en 1911 
p o r R utherford a l d escu b rir que el á tom o poseía un núcleo central. La to ta ­
lidad d e la carga positiva se hallaba concen trada e n él y los e lec trones giraban 
a su a lrededor com o si fuera u n sistem a p lan e ta rio e n m in ia tu ra . El átom o, 
pues, estaba «hueco». R u therfo rd llegó a esta conclusión haciendo in c id ir par­
tículas a sobre u n a delgada lám ina m etálica. O bservó q u e algunas partícu las 
su frían desviaciones considerables, incluso podían em erger p o r el m ism o lado 
q u e en traban (fig. 2-2). Y e s to no e ra posible sin suponer la existencia de 
enorm es fuerzas e léc tricas positivas asen tadas sobre grandes m asas. E ran los 
núcleos atóm icos.
El m odelo d e R u therfo rd . no ob stan te , estaba e n con trad icc ión con las leyes 
electrom agnéticas clásicas y adem ás n o explicaba el espectro d e los gases, dis­
con tinuo . form ado p o r rayas a unas frecuencias características.
P antalla
flu o re sce n te
P a rtíc u la s
ta)
L á m in a m e tá lic a
Fig. 2-2. I.us grandes desviaciones de al­
gunas partícu las a (H e * * ) a l in c id ir sobre 
lam initas (a ) n o se exp licaban c o n e l m o ­
d e lo a tó m ic o d e T hom son , q u e predecía 
una sim p le d ispersión (b ) . p e ro s í c o n el 
m o d elo d e á to m o nuclear d e R u th e r ­
fo r d (c).
P a rtíc u la * Ot
(c)
A t o m o s d e R u th e rfo rd
d) Modelo cuántico de Bohr.
B ohr se ap u n tó un g ran triun fo al conseguir exp licar e n 1913 el espectro del 
á tom o de h idrógeno (el m ás sencillo de todos, fig. 2-3). Su m ayor aportación 
consistió en ap licar al m odelo de R u therfo rd la teoría cuántica de la radiación, 
d a d a en 1900 p o r P lanck. Los e lec trones no pueden g ira r a cualqu ier d istancia 
a lrededor del á tom o, sino en ciertas ó rb itas solam ente. C uando un electrón 
salta d e una ó rb ita de m ayor energía a o tra (m ás ce rcan a al núcleo ), la d ife ­
rencia d e energía se em ite en form a d e rad iac ión (fo tón ) d e frecuencia d e te r­
m inada según la ecuación d e Planck E = li • v. P o r esto , el espectro de un 
elem ento es discontinuo, form ado por unas cuantas rayas. Bohr in trodujo tres 
postu lados, alguno b astan te a rb itra riam en te , y a s í exp licó de u n m odo semi- 
cm pírico las frecuencias del espectro del á tom o d e hidrógeno.
25
Visible
Fig. 2 - i . - F r a g m e n to d d e s p e c tr o d e l á to m o d e h id ró g en o .
U no» año» m ás la rd e , a l s i tu a r e l á to m o e n u n c a m p o m ag n é tico , se h izo p a ten te 
u n d esd o b lam ien to d e la s rayas e n v a ria s m u y p ró x im as (e fec to Z ccm an). 
S o m m crfc ld (1916) co n sid e ró q u e la s ó rb ita s p o d ían se r tam b ién e líp ticas .
El m o d e lo a tó m ico d e B ohr-Som m crfcld tiene co m o p rin c ip a les d e fec to s q u e 
só lo es v á lid o p a ro e l á to m o de h id ró g en o 1 y ad em á s n o ex p lica p o r q u é los 
á to m o s se u n e n p a ra fo rm ar m olécu las.
c ) E l m o d e l o a c t u a l d e l a M e c á n ic a O n d u l a t o r i a .
El a tra c tiv o m o d e lo d e B ohr-Som m crfcld q u e re p re se n ta a l á to m o co m o u n mi- 
c ro s is tcm a so la r h a s id o hoy d ía a b a n d o n a d o . H cisenberg a firm ó e n 1926 q u e 
e s im posib le predecir s im u ltán eam en te con ab so lu ta c e rte z a d ó n d e s e e n c u e n ­
tra e l e le c tró n y có m o se e s tá m o v ie n d o 3. Y a D e B roglie e n 1923 h a b ía pro­
p u e s to q u e e l e le c tró n , y c o n é l to d a la m a te ria , posee u n a naturaleza dual: 
p u e d e co m p o rta rse com o onda y co m o corpúsculo.
L a M ecánica Cuántica u O ndulatoria, d e sa rro lla d a e n tre 1925-27 p rin c ip a lm en te 
p o r S eh ro d in g er, H cisenberg y D ira c , tiene su o rig en e n la h ipó tesis d e D e Bro- 
g lic y en g lo b a e l p r in c ip io d e H cisenberg c id ea s cu án tic a s .
El m o v im ien to d e l e le c tró n e n u n d e te rm in a d o nivel c u á n tic o só lo p u e d e p re ­
d e c irse co m o u n a probabilidad, m ed ian te e l co m p licad o a p a ra to m a tem á tico d e 
la M ecánica O n d u la to r ia .
L os núm eros cu án tico» in troduc ido» a rb itra r ia m e n te e n e l m odelo a n te r io r salen 
a q u í d e fo rm a n a tu ra l c o m o ú n ico s v a lo res q u e hacen p o sib le la resolución 
d e la s ecuac io n es d e la M ecánica O n d a lu to r ia ap licada» a l á to m o .
i O p ara á to m o s con u n so lo e lec tró n e n la c ap a e x te r io r , co m o el li t io , etc. 
5 P rin c ip io d e In ee rtid u m b re .
D esaparece e l concep to d e ó rb ita , c irc u la r o e líp tic a , p o r la q u e se m ovía el 
e lec trón y q u e d a su s titu id o p o r e l co n cep to d e orbital, q u e es u n c ie r to v o lu ­
m en d en tro d e l cual ex is te la m áxim a p ro b ab ilid ad d e e n c o n tra r a l e lec trón .
2-2. E stru ctu ra del átom o.
C o n f o r m e a la s id e a s a c tu a le s , e l á to m o e s t á c o n s t i t u id o f u n d a m e n ta l m e n t e p o r 
t r e s t i p o s d e p a r t íc u l a s :
¿ C ó m o s e d i s p o n e n e s t a s p a r t í c u l a s e n e l á to m o ?
L o s p r o t o n e s y n e u t r o n e s f o r m a n u n n ú c le o c e n t r a l e x t r e m a d a m e n te p e q u e ñ o . 
U n a s 1 0 0 .0 0 0 v e c e s m a s p e q u e ñ o q u e e l v o lu m e n to t a l d e l á t o m o 3. Y e n l a c o r ­
te za s e m u e v e n lo s e le c t r o n e s , q u e d e f in e n e l v o lu m e n d e l á to m o .
D e s d e e l p u n t o d e v is ta e l é c t r i c o , n o s e n c o n t r a m o s , p u e s , c o n e l n ú c le o , q u e e s 
p o s i t i v o , y la c o r t e z a , n e g a t iv a \ A m b a s c a r g a s e n to t a l s o n ig u a le s , p o r lo q u e 
e l á to m o e s n e u t r o . D e s d e e l p u n t o d e v i s t a m á s ic o . e n e l n ú c l e o r e s id e p r á c t i c a ­
m e n te la to t a l i d a d d e l a m a s a d e l á t o m o 5.
U n e le m e n to s e d i s t i n g u e , e n to n c e s , d e o t r o e n q u e s u s á to m o s t i e n e n u n n ú m e r o 
d i f e r e n t e d e p a r t í c u l a s e le m e n ta l e s .
A l d i s p o n e r lo s e le m e n to s d e l m á s l ig e r o a l m á s p e s a d o s e c o m p r u e b a q u e a l p a s a r
3 P u ed e dec irse , d e sd e e ste p u n to d e v is ta , q u e e l á tom o e s tá «hueco».
C arga M a sa ( u . m . a .)
E le c t r ó n (c ) 
P r o tó n ( p ) 
N e u t r ó n ( n )
— I 
+1 
0
1 /1 8 4 0
2-3. N ú m e r o a tó m ic o .
* U n á tom o d e la llam ada antim ateria e s ta fo rm ad o p o r un n ú c leo (an tip ro to n es + a n ti­
n eu tro n es) n ega tivo y u n a corteza (po sitro n es) positiva.
5 S ólo 1 cc . d e n ú c leo s p esaría algo m ás d e 100 m illones d e toneladas.
27
d e u n o a l s i g u i e n t e e l n ú m e r o d e p r o t o n e s ( y . p o r t a n t o , e l d e e l e c t r o n e s ) a u m e n ­
ta e n I .
A s i e l e l e m e n t o m á s l i g e r o . H . 1 p r o t ó n :
e l s i g u i e n t e . H e . 2 p r o t o n e s :
e l i n m e d i a t o , L ¡ , 3 p r o t o n e s :
e t c .
E l n ú m e r o d e p r o t o n e s s e l l a m a n ú m e r o a tó m ic o ( Z ) y . c o m o s e o b s e r v a , e s 
e l n ú m e r o q u e in d i c a s u o r d e n .
U n e l e m e n t o , m á s c o n c r e t a m e n t e , s e c a r a c t e r i z a p o r u n n ú m e r o d e t e r m i n a d o
d e p r o t o n e s . A s í . t o d o á t o m o c o n t r e s p r o t o n e s s e r á l i t i o , i n d e p e n d i e n t e m e n t e
d e l n ú m e r o d e l a s o t r a s p a r t í c u l a s .
¿ P o r q u é u n e l e m e n t o s e c a r a c t e r i z a p o r e l n ú m e r o d e p r o t o n e s y n o e l d e 
n e u t r o n e s o e l e c t r o n e s ?
S e c o n o c e n d o s v a r i e d a d e s e s t a b l e s d e á t o m o s c o n 5 p r o t o n e s :
( ! ) 3 p . 3 n . 3 e . A = 6 | a m b o s s o n U 
( 2 ) 3 p . 4 n . 3 e . A = 7 (
L a s d o s v a r i e d a d e s s e d i f e r e n c i a n e n e l n ú m e r o d e n e u t r o n e s y , p o r t a n t o , e n 
s u p e s o a t ó m i c o , q u e . e n e s t e c a s o , r e c i b e e l n o m b r e d e n ú m e r o m ú s ic o . A ( s i N e s 
e l n ú m e r o d e n e u t r o n e s . A = N + Z ) .
S e d i c e e n t o n c e s q u e e l l i t i o t i e n e d o s is ó to p o s . I s ó t o p o s s o n . p u e s , á t o m o s q u e 
p o s e e n e l m i s m o Z . p e r o d i s t i n t o A .
D e a q u í e l p o r q u é d e l o s p e s o s a t ó m i c o s f r a c c i o n a r i o s :
A b u e t l A M U
c l o r o i 17 P - 18 n - 1 7 «• A = 35 7 5 % ! P . - 55 5
c l o r o j 1 7 p . 2 0 n . 1 7 c . A = 3 7 2 5 %
S e g ú n s e a p r e c i a , e l p e s o a t ó m i c o * d e u n e l e m e n t o e s t á e n f u n c i ó n d e l a a b u n ­
d a n c i a d e s u s i s ó to p o s .
e F.l p e so a tó m ico es in te rm e d io e n tr e lo s n ú m ero s m ásicos d e los isó to p o s d e l e lem en to . 
E s u n a m a g n itu d m i s - a b u lto » , m is q u ím ic a . A l c o n tra r io su c e d e c o n los n ú m ero s m i ­
l ic o s . a p ro x im a d a m e n te e n te ro s , q u e so n m i s in d iv id u a liz a d o s , m ás físicos.
28
P o r o l r a p a r t e , ta m b ié n p u e d e e x i s t i r d e u n m o d o e s ta b le :
3 p , 4 n , 2 e
S e t r a ta d e u n á to m o c o n c a rg a o ió n . C o n c re ta m e n te , e l L ¡ + (y n o e l H e * , p u e s 
la s p a r t íc u la s q u e c a r a c te r i z a n a u n e le m e n to s o n lo s p r o to n e s y n o lo s e le c ­
tr o n e s ) .
2-4. N ive les cuánticos.
C o n s id e r e m o s la d is p o s ic ió n d e lo s e le c t r o n e s e n la c o r te z a d e l á to m o .
¿ C ó m o s e d is t r ib u y e n lo s e le c t r o n e s ? ¿ P u e d e n o c u p a r c u a lq u ie r lu g a r d e l e s p a ­
c io a l r e d e d o r d e l n ú c le o ?
L os d a to s e x p e r im e n ta le s d e m u e s tr a n q u e e s to n o e s e x a c ta m e n te p o s ib le . L os 
e le c t r o n e s s ó lo p u e d e n m o v e r s e e n d e te r m in a d a s re g io n e s d e l e s p a c io e n to r n o al 
n ú c le o . E l á to m o e s tá , p u e s , cu a n tiza d o .
E l e le c t r ó n e n e s to s n iv e le s cu á n tic o s o p e r m i t i d o s 7 p o s e e r á u n a e n e rg ía d e te r ­
m in a d a , q u e s e r á ta n to m a y o r c u a n to m á s a le ja d o e s té e l n iv e l c u á n t i c o d e l 
n ú c le o .
Fig. 2 - 4. N iveles y subniveles energéticos 
d e u n á to m o .
C a d a n iv e l c u á n t i c o o d e e n e r g ía e s tá d iv id id o e n u n c ie r to n ú m e r o d e su b n iv e ­
les, s e g ú n lo s t ip o s d i f e r e n te s d e o rb ita le s q u e c o n te n g a ( f ig . 2 -4 ) .
7 C orresponden a las antiguas capas K. L , M . etc ., de la teoría de Bohr.
29
2-5. Orbitales.
U n o rb ita l e s u n v o lu m e n d e l e s p a c io p o r d o n d e p u e d e m o v e r s e u n e l e c t r ó n 8.
L os o r b i ta le s d e n t r o d e u n n iv e l c u á n t i c o n o s o n to d o s ig u a le s . D i f i e r e n e n fo r m a
y ta m b ié n e n e n e r g ía . D e a h í la a p a r i c ió n d e s u b n iv e le s .
%
L o s d is t i n to s t ip o s d e o r b i ta le s se d e s ig n a n p o r la s le t r a s s . p , d . / .
c o •
(b )
Y re s o ro u a ie s 
d e l s e g u n d o su b n ive l
le)
Fig. 2-5. O rbitales d e l 2o n iv e l d e energía: fa ) 1er subnivel: u n orb ita l 
s .(b ) 2o subnivel: tres orb ita les p . f c ) E squem a en c o n ju n to (se ha m o d ifi­
cado u n p o c o la fo r m a d e los orb ita les p para resaltar su carácter direc- 
cional).______________________________________________________________________
D e n tro d e u n m is m o n iv e l c u á n t i c o e l o r b i ta l d e m á s b a ja e n e rg ía ( p r im e r s u b ­
n iv e l e s e l o r b i t a l s . d e fo r m a e s f é r ic a . L os d is t in to s o r b i t a l e s v a n c r e c ie n d o s u ­
c e s iv a m e n te e n e n e r g ía (f ig . 2 -5 ) .
Fig. 2 - 6 . - V olúm enes com parados d e lo s orb ita les s y p correspond ien tes a d istin tos 
niveles.
L o s o r b i ta l e s d e u n m is m o t ip o d e c a d a n iv e l c u á n t i c o d e e n e r g ía c r e c ie n te 
p o s e e n id é n t ic a f o r m a , p e r o s u v o lu m e n e s c a d a v e z m a y o r ( f ig . 2 -6 ) .
8 O m ás rigurosam ente, d o n d e existe la m áxim a p robab ilidad d e en co n tra r a l electrón
JO
2-6. N ú m e r o s cuá n tico s .
T o d o o r b i t a l v ie n e c a r a c t e r i z a d o p o r lo s v a lo r e s d e t r e s n ú m e r o s c u á n tic o s d e ­
s ig n a d o s p o r la s le t r a s n , l , m . V e a m o s s u s ig n i f i c a d o :
C a d a n iv e l c u á n t i c o v ie n e d e f i n id o p o r u n v a lo r d e n . A s í , p a r a e l n iv e l d e 
m e n o r e n e r g í a ( m á s c fc rcan o a l n ú c le o ) n = 1 \ P a r a e l s i g u ie n t e , n = 2 , e tc .
E l s e g u n d o n ú m e r o c u á n t i c o . /, c a r a c t e r i z a a c a d a s u b n iv c l , o s e a a lo s d i s t i n to s 
t ip o s d e o r b i t a l e s d e n t r o d e u n n iv e l c u á n t i c o .Y a s í , s o n s in ó n im o s / = 0 c o n lo s 
o r b i t a l e s s ; l = 1 . c o n lo s p ; l = 2 , c o n lo s d : l = 3 , c o n lo s / .
E l n ú m e r o c u á n t i c o m e x p r e s a l a o r i e n ta c i ó n e s p a c i a l ( c u a n t i z a d a t a m b ié n ) p e r ­
m i t id a p a r a u n m is m o t i p o d e o r b i t a l ( f ig . 2 -7 ) .
m = - 1 ( P x ) m = 0 ( P z ) m = + K P y )
I = 1 (orb. p.)
Fig. 2 - 7 .
L as tres o rien ta c io n es p o sib les d e lo s o rb ita les p . C ada una v ie n e caracteri­za d a p o r un n ú m e ro cu á n tico m d ife re n te . ( S e h a m o d ific a d o u n p o c o la 
fo r m a d e l o rb ita l para exagerar su carácter d ireccional).
P o r o t r a p a r t e , to d o e le c t r ó n e n u n á to m o v ie n e d e f i n id o , a d e m á s d e p o r los 
t r e s n ú m e r o s c u á n t i c o s a n t e r io r e s q u e c o r r e s p o n d e n a l o r b i t a l q u e o c u p a ,0t p o r 
u n c u a r t o n ú m e r o c u á n t i c o , s , q u e in d i c a e l s e n t id o d e g i r o d e l e le c t r ó n s o b r e 
s í m is m o .
9 C orresponde a la an tigua cap a K de Bohr.
10 l .a o rd en ac ió n d e lus ó rb ita» , au n q u e difieran algo e n energ ía , es sim ilar e n todos los 
á tom os, ya e s tén o cu p ad as o desocupadas. E s d e c ir , el á tom o d e h id rógeno tiene los m is­
m os o rb ita le s q u e el u ran io , au n q u e só lo uno con tenga su e lec trón .
31
2-7. Valores de los números cuánticos.
E n la ta b la 2-1 s e r e s u m e n lo s cu a tro n ú m e ro s c u á n tic o s , s u s ig n ific a d o y los v a ­
lo r e s q u e p u e d e n tom ar.
T A B L A 2 -1 . N U M E R O S C U A N T IC O S
N ú m e ro
c u á n tico
N o m b re
a d ic io n a l
V a lores
p o sib les
S ig n ific a d o
n p r in c ip a l 1. 2 . 5 . . . n iv e l e n e rg é t ic o
1 s e c u n d a r io Ü . . . ( / t - l ) s u b n iv e l e n e rg é t ic o 
( t ip o d e o r b i ta l e s : s , p . d . f)
m m a g n é tic o - / . . . O . . . + / o r i e n ta c ió n d e l o r b i ta l
s sp in + j , - i s e n t id o d e g i r o d e l e le c tró n
D e lo s v a lo r e s d e lo s n ú m e r o s c u á n t i c o s p u e d e n s a c a r s e la s im p o r ta n te s c o n c lu ­
s io n e s s ig u ie n te s :
1) E n e l p r im e r n iv e l n o h a y m á s q u e u n o rb ita l s . L o s o rb ita le s p a p a recen a 
p a r tir d e l se g u n d o n iv e l; lo s d . a p a r tir d e l te rcero , y lo s f , a p a r tir d e l cuarto .
E n e fe c to :
P r im e r n iv e l : n = 1 y , p o r ta n to , / = 0 ( o r b i ta l s).
S e g u n d o n iv e l : n = 2 , y e n to n c e s / p u e d e to m a r d o s v a lo r e s : / = 0 ( o r b i ta l s) y 
/ = 1 ( o r b i ta l e s p ) .
T e r c e r n iv e l : n = 3 , y , e n c o n s e c u e n c ia , / p u e d e v a le r / = 0 ( o r b i t a l s ) . / = 1 (o r ­
b i ta le s p ) y / = 2 ( o r b i ta le s d).
C u a r to n iv e l : n = 4 . y , p o r c o n s ig u ie n te . / = 0 ( o r b i ta l s ) . / = 1 ( o r b i ta le s p ) . 
I = 2 ( o r b i ta le s d ) y / = 3 ( o r b i ta l e s / ) .
E s d e c i r :
n = 1 1 / = 0 ( o r b . s)
l = 0 ( o r b . s) 
n = 3 ! / = 1 ( o r b . p ) 
• I = 2 ( o r b . d)
n = 2
n = 4
= 0 ( o r b . s) 
= 1 ( o r b . p ) 
= 0 ( o r b . s) 
= I ( o r b . p ) 
= 2 ( o r b . d ) 
= 3 ( o r b . / )
32
2 ) E n cada n iv e l só lo p u e d e e x is t ir / o rb ita l s . 5 o rb ita les p . 5 orb ita les d y 
7 orb ita les f .
V e a m o s c ó m o e s to e s c ie r to :
S e g ú n e l v a lo r q u e p u e d e to m a r e l n ú m e r o c u á n t ic o m a g n é t ic o , p a r a / = 0 (o r b i ­
ta l s ) s ó lo e s p o s ib le m = 0 : p a r a / = I ( o r b i ta l p ) , m = — 1, m = 0 , m = + 1; 
p a r a / = 2 ( o r b i ta l d )> m = - 2 . m = — \ , m = 0 , m = + 1 , m = + 2 . e tc .
E s d e c ir :
/ = 0 ( o r b . s ) j m = 0
( m = — I 
/ = I (orb . p ) m = 0 
( m = + 1
m = - 2 
m = — I 
/ = 2 (orb . </) ; « t = 0 
m = + 1 
m = + 2
m = — 3 
i m = - 2 
| m = — 1 
/ = 3 ( o r b . / ) ' w = 0 
m = + 1 
m = + 2 
, m = + 3
2-8. Principio de exclusión de Pauli.
E s te p r in c ip io 11 a f i rm a q u e e n u n m ism o á to m o n o p u e d e n e x is t i r d o s e le c tro n e s 
c o n lo s c u a tr o n ú m e r o s c u á n t ic o s ¡guales.
D e e s te p r in c ip io s e d e d u c e n d e in m e d ia to d o s c o sa s :
1) E n u n o rb ita l só lo p u e d e h a b e r c o m o m á x im o d o s e lec tro n es , q u e h a n de 
te n e r sp in e s contrarios.
2 ) E n e l p r im e r n iv e l p u e d e n e x is t ir u n m á x im o d e 2 e lec trones: e n el segun ­
d o , 8 : e n e l te rcero . 18: e n e l cu a r to . 5 2 . e tc .
C o m p ro b é m o s lo , c o m o e je m p lo , p a r a lo s d o s p r im e ro s n iv e le s :
( s = + A
1.° , ¡ = l 1 = 0 m = 0 .
I s = - A
Fue deducido p o r Pauli e n 1925 estud iando espectros atóm icos d e diversos elem entos.
33
2 ? n = 2
5 = + * 
S = - i
S = + J 
S = - i
s = + í
s = — A
s = +J 
s = - i
P a r a in d i c a r l a co n fig u ra c ió n e le c tró n ic a d e u n á to m o s e a d o p ta la s ig u ie n te n o ­
ta c ió n :
P o r e je m p lo , C ( Z = 6 ) : 1 s?2 s ?p : 
M g ( Z = 1 2 ) : 1 s ?2s*’p6 3 s2
D o n d e lo s n ú m e r o s r e p r e s e n ta n lo s n iv e le s , y lo s e x p o n e n te s , e l n ú m e r o d e e le c ­
t r o n e s d e n t r o d e l c o r r e s p o n d ie n te o r b i t a l q u e s e in d ic a .
L a s u m a , p u e s , d e lo s e x p o n e n te s n o s d a r á e l n ú m e r o d e e le c t r o n e s q u e p o se e 
e l á to m o ( c o in c id i r á c o n Z ) .
Fig. 2 - 8 . - M odelo d e órbitas d e l á to m o d e carbono 
según la teo ría d e Bohr.
Por o tra parte , si consideram os e l m odelo del á tom o de ca rbono d ado por la 
tcoriu d e Bohr (fig. 2-8), vem os, en tre o tro s fallos, que los cu a tro electrones 
corticales son sem ejantes, cuando sabem os que no es asi. ya q u e dos están 
situados e n el orb ita l s y los o tro s dos en los o rb ita les p con d is tin ta energía y 
propiedades.
34
2. C U E S T I O N E S
2-1. ¿Cóm o se puede justificar la existencia de pesos atómicos fraccionarios 
desde el pun to de vista de la estructura del átomo?
2-2. ¿Cuál es la diferencia entre órbita y orbital?
2-3. Para n = 4 (siendo n el núm ero cuántico principal) escribir los o rb ita les ' 
posibles.
2-4. ¿L os orbitales 2p„ 2p, y 2p, tienen la misma energía? Razonar la res­
puesta.
2-5. ¿Por qué el núm ero de orbitales J es 5?
2-6. ¿Puede haber en un orbital 4s tres electrones? Razonar la respuesta.
2-7. Los orbitales ls , 2s. 3s y 4s tienen: ¿la misma energía?, ¿idén tica forma?
¿Por qué?
2-8. ¿Es cierta o falsa la siguiente afirmación: El núm ero m áxim o de electro­
nes que puede haber en cualquier orb ita l es 2? Razonar la respuesta.
f 1 ■■ - - ■ ■ . — ■ ■ ■ - - - i-------- r ^ =
L A F IL O S O F IA J O N I C A Y LA 
T E O R IA M O D E R N A DE L A 
E S T R U C T U R A DE L A M A T E R IA
Una d e las principales aportaciones d e los filósofos jónicos, con independencia de la inge­
nuidad que podam os hallar en sus teorías vistas desde hoy. es la idea de que el m undo era 
algo susceptible d e ser com prendido sólo con observarlo de m anera conveniente. No era el 
terreno d e juego d e dioses y espíritus que obrasen m ás o menos arbitrariam ente o movidos 
por las pasiones, sino que actuaba de acuerdo a leyes eternas que estim aron interesante co­
nocer. El m undo cam biante y en incesante m ovimiento ofrecido a los sentidos no ayudaba 
m ucho a ta l creencia. La idea d e que bajo el cam bio hay algo que perm anece, com ienza a 
abrirse paso y, dentro de estaactitud, cabe hablar del pensam iento com ún a todos los filó­
sofos jónicos: toda la materia que compone el universo, pese a su infinita variedad, debe 
de ser una misma sustancia. De este m odo Tales consideró al agua com o la sustancia b á ­
sica; A naxim andro, al apciron; Anaxímencs. al a ire , y H cráclito. al fuego.
35
V ein tic in co sig lo s m ás ta rd e , a com ienzos del x tx , a s is tim o s a la co n so lid ac ió n d e la q u í­
m ic a m o d e rn a . S u p rim id o e l flogisto y e l ca ló rico , reco n o c id o e l p ap e l del o x ígeno e n la 
co m b u s tió n y la im p o rta n c ia d e lo s m ed id as c u a n ti ta tiv a s , se a is lab an y e s tu d ia b a n nuevos 
e lem en to s d escu b ie rto s , se e s tab lec ían la s leyes d e la co m b in ac ió n y e s ta b a rec ién em itida 
l a teo ría a tóm ico-m olccu lar.
E n este co n te x to , u n c ien tíf ico ing lés, W . P ro u t >3, o b se rv ó (1815) q u e lo s pesos a tó m ico s de 
la m ay o ría d e lo s e lem en to s e ra n m ú ltip lo s e n te ro s d e l p e so del á to m o d e h id ró g en o , y su ­
g ir ió en to n ces q u e e l hidrógeno p o d ría se r la su s tan c ia básica , d e tul m o d o q u e lo s á tom os 
d e lo s d em ás e lem en to s n o e ra n sino co n d en sac io n es d e á to m o s d e h id ró g en o e n d iverso 
núm ero .
R esu lta c u rio so c o m p ro b a r có m o se re p ite tra s v e in tic in co sig los el p en sam ien to jó n ico . A un­
q u e a se n ta d o sob re u n a b ase c ien tíf ica , P ro u t se co lo ca a e s te re sp e c to e n la lin c a de 
la escuela jón ica . T a les n o h u b ie ra te n id o in conven ien te e n c o n s id e ra rlo jó n ico co m o é l. 
p u e s s i le h u b ie ra h e c h o su p reg u n ta acerca d e c u á l e ra la m a te ria fu n d am en ta l del u n i­
verso . P ro u t h u b ie ra re sp o n d id o : «E l h id rógeno .*
A p esar d e todo , el é x ito n o aco m p a ñ ó a e sta te o r ía , p u e s to q u e v en ía ap o y ad a p o r los v a ­
lo res p oco ex ac to s d e los pesos a tóm icos e n c o n trad o s p o r D alto n . D e te rm in ac io n es m ás p re ­
c isas rea lizad as p o r B erzclius m o s trab an una m a rc a d a desv iac ión d e la reg la d e los m últip los 
en te ro s . (¿C ó m o ex p lica r, p o r e jem p lo , el p e so u tóm ico d e l c lo ro . 35.5?) A sí. p u es, a p esar 
d e su sim p lic id ad , la h ip ó tesis d e P ro u t h u b o d e se r a b an d o n ad a .
¿ Q u é d ice la c ien c ia hoy d ía ? E n la a c tu a lid a d se reconoce la sag ac id ad d e ta l h ipó tesis , 
q u e e s tu v o m u y ce rc a d e lo q u e hoy s e ad m ite , a l m en o s d e sd e el p u n to d e v is ta m ásico .
E n e fec to , el p ro b le m a d e lo s pesos a tóm icos fracc io n ario s ap a re c e c u a n d o n o se tiene en 
cu e n ta la ex is ten c ia d e isó topos IS. T o d o isó to p o tie n e su peso a tó m ico (o n ú m ero m ásico) 
ap ro x im ad am en te M en te ro , p e ro e l q u ím ico u tiliz a e l e lem en to g lo b a lm cn tc ia . e s to e s . u n a 
m ezc la d e isó to p o s. D e a q u í la ap a ric ió n d e lo s pesos a tó m ico s fracc ionario s.
C la ro q u e P ro u t se h u b iese se n tid o c o n fu so a l co n o ce r la ex is tencia d e tres clases d e h id ró ­
g en o : e l prolio , e l deulcrio y e l tritio, d e n ú m ero s m ásicos 1. 2 y 1 . resp ec tiv am en te . La
13 C onv iene n o c o n fu n d ir a W . P ro u t (1785-1850) con el q u ím ico fran cés I . L. P roust (1755- 
1826).
13 La ex is ten c ia d e isó to p o s fue p ro p u es ta p o r S oddy e n 1910 y co n firm ad u p o r T hom son
e n 1912.
14 H ay q u e te n e r e n c u e n ta q u e se verific a u n a p é rd id a rc la tiv is tu d e m asa q u e se co n v ie rte 
e n en e rg ía d e e n lac e d e p ro to n es y n e u tro n e s q u e co n stitu y en el n ú c leo . A sí. p o r e jem plo , 
los dos isó to p o s m ás co rr ien te s d e l n eó n , el 20 y el 2 2 . tien en ex ac tam en te m asas d e 19.995 
y 21,995 (p a ra O = 16).
15 Los isó topos d e un e lem en to poseen id én ticas p ro p ied ad es q u ím ica s , n o a s í f ís icas : por 
e s to , m ien tra s los q u ím icos u tiliz an el c o n c e p to d e peso a tó m ico . los físicos lo hacen con 
e l d e nú m ero m ásico . m ás preciso .
36
h ipó tesi» d e lo» peso» a tó m ico » en te ro » »ólo e s sa tis fe c h a p o r e l h id ró g e n o n o rm a l o p ro tio . 
p e ro su» Atomo», a d ife re n c ia d e lo» d e m á s á tom o» posib le» , c a re c e n d e n c u tro n c» , c o n lo 
c u a l n o p o d r ía *cr e l c o m p o n e n te c scn c iu l d e todo».
D e este m o d o , e l h e c n o d e lo s núm ero» m ásico» e n te ro s só lo e s p o s ib le g rac ia» a u n a c o in ­
c id e n c ia : e l p a re c id o p e s o del p ro tó n y d e l n e u tró n . V em os, p u es. q u e . s ig u ie n d o e s ta lin ea , 
e l fa llo d e P ro u t h u b ie ra ra d ic a d o e n q u e e l e le m e n to e sco g id o c o m o b is ic o . e l h id ró g en o , 
c» e l ú n ic o q u e c a rece *de n eu tro n es .
Y . p o r s u p u e s to , u n a v ez d iv id id o e l á to m o y co n o c id a » la» p a rtíc u la » e lem en ta le s , p o d r ía ­
m os e n c o n tra rn o s m ás c e rc a n o s a u n plura lism o m a te r ia l c o m o e l d e E m pódocle» . A naxágo 
ra s y D c m ó c rito q u e a l m onism o Jón ico d e P ro u l.
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| | f ; | S I S T E M A P E R I O D I C O
3-1. El s is t e m a p e r i ó d ic o d e los e le m e n t o s .
L a q u í m i c a d e s c r i p t i v a d e l o s e l e m e n to s , y e n g e n e r a l t o d a l a Q u í m i c a , s e r i a u n 
c a m p o c o n f u s o y e n c i c l o p é d i c o s i n o f u e r a p o r e l h e c h o d e q u e lo s e l e m e n to s 
p u e d e n d i s p o n e r s e e n g r u p o s d e p r o p i e d a d e s s im i la r e s .
E l S is te m a P e r ió d ic o d e l o s e l e m e n t o s e s u n a t a b l a e n l a q u e s e e n c u e n t r a n a g r u ­
p a d o s t o d o s e l l o s , d e t a l f o r m a q u e p u e d e n a p r e c i a r s e f á c i l m e n t e lo s g r u p o s d e 
c o m p o r t a m i e n t o q u í m i c o p a r e c i d o ( t a b l a 5 -1 ) .
¿ C ó m o s e c o n s t r u y e e l S i s t e m a P e r i ó d i c o ? ¿ E n q u é s e b a s a l a o r d e n a c i ó n d e s u s 
e le m e n to s ?
C u a n d o s e o r d e n a n lo s e l e m e n to s s e g ú n s u n ú m e r o a tó m ic o c r e c ie n te s e p o n e d e 
m a n i f i e s t o l a l l a m a d a le y p e r ió d ic a \ q u e d i c e : L a s p r o p i e d a d e s d e lo s e le m e n to s 
s o n f u n c i o n e s p e r i ó d i c a s d e s u s n ú m e r o s a tó m ic o s .
D e s d e l a p r i m i t i v a t a b l a d a d a p o r M e n d e l e i e f f h a h a b i d o u n a g r a n v a r i e d a d d e 
f o r m a s p r o p u e s t a s p a r a l a T a b l a p e r i ó d i c a . L a q u e n o s o t r o s u t i l i z a r e m o s , l a m á s 
g e n e r a l i z a d a h o y d í a . s e m u e s t r a e n l a 3 -1 .
L o s e l e m e n t o s d e p r o p i e d a d e s p a r e c i d a s s e h a l l a n e n l a m i s m a c o l u m n a v e r t i c a l 
c o n s t i t u y e n d o u n g r u p o o fa m il ia . L o s e l e m e n to s d e u n a m i s m a f i l a h o r i z o n t a l f o r ­
m a n u n p e r ío d o .
E x i s t e n d i e c i s é i s f a m i l i a s