química

Principios y leyes químicas

La ley de conservación de la masa, ley de conservación de la materia o ley de Lomonósov-Lavoisier es una de las leyes fundamentales en todas las ciencias naturales. Fue elaborada independientemente por Mijaíl Lomonósov en 1745 y por Antoine Lavoisier en 1785. Se puede enunciar como «En una reacción química ordinaria la masa permanece constante, es decir, la masa consumida de los reactivos es igual a la masa obtenida de los productos».¹ Una salvedad que hay que tener en cuenta es la existencia de las reacciones nucleares, en las que la masa sí se modifica de forma sutil, en estos casos en la suma de masas hay que tener en cuenta la equivalencia entre masa y energía. Esta ley es fundamental para una adecuada comprensión de la química.

Los ensayos preliminares hechos por Robert Boyle en 1673 parecían indicar lo contrario: pesada meticulosa de varios metales antes y después de su oxidación mostraba un notable aumento de peso. Estos experimentos, por supuesto, se llevaban a cabo en recipientes abiertos.²

La combustión, uno de los grandes problemas que tuvo la química del siglo XVIII, despertó el interés de Antoine Lavoisier porque éste trabajaba en un ensayo sobre la mejora de las técnicas del alumbrado público de París. Comprobó que al calentar metales como el estaño y el plomo en recipientes cerrados con una cantidad limitada de aire, estos se recubrían con una capa de calcinado hasta un momento determinado del calentamiento, el resultado era igual a la masa antes de comenzar el proceso. Si el metal había ganado masa al calcinarse, era evidente que algo del recipiente debía haber perdido la misma cantidad de masa. Ese algo era el aire. Por tanto, Lavoisier demostró que la calcinación de un metal no era el resultado de la pérdida del misterioso flogisto, sino la ganancia de algún material: una parte de aire. La experiencia anterior y otras más realizadas por Lavoisier pusieron de manifiesto que si tenemos en cuenta todas las sustancias que forman parte en una reacción química y todos los productos formados, nunca varía la masa. Esta es la ley de la conservación de la masa, que podemos enunciarla, pues, de la siguiente manera: "En toda reacción química la masa se conserva, esto es, la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos".

Ley de conservación de la materia. La masa de un sistema permanece invariable cualquiera que sea la transformación que ocurra dentro de él; esto es, en términos químicos, la masa de los cuerposreaccionantes es igual a la masa de los productos en reacción. Así fue enunciada en el año 1745, Mijaíl Lomonosov. En el mismo año, y de manera independiente, el químico Antoine Lavoisier propone que “la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma”. Es por esto que muchas veces la ley de conservación de la materia es conocida como ley de Lavoisier-Lomonosov.

Historia

La ley de conservación de la masa o ley de conservación de la materia o ley de Lomonósov-Lavoisier es una de las leyes fundamentales en todas las ciencias naturales. Fue elaborada independientemente por Mijaíl Lomonósov en 1745 y por Antoine Lavoisier en 1785. Se puede enunciar como «En una reacción química ordinaria la masa permanece constante, es decir, la masa consumida de los reactivos es igual a la masa obtenida de los productos».

Una salvedad que hay que tener en cuenta es la existencia de las reacciones nucleares, en las que la masa sí se modifica de forma sutil, en estos casos en la suma de masas hay que tener en cuenta la equivalencia entre masa y energía.

Esta ley es fundamental para una adecuada comprensión de la química. Está detrás de la descripción habitual de las reacciones químicas mediante la ecuación química, y de los métodos gravimétricos de la química analítica.

Estos científicos se referían a la materia másica. Más adelante se observó que en algunas reacciones nucleares existe una pequeña variación de masa. Sin embargo, esta variación se explica con la teoría de la relatividad de Einstein, que propone una equivalencia entre masa y energía. De esta manera, la variación de masa en algunas reacciones nucleares estaría complementada por una variación de energía, en el sentido contrario, de manera que si se observa una disminución de la masa, es que ésta se transformó en energía, y si la masa aumenta, es que la energía se transformó en masa.

Teniendo es cuenta la ley de conservación de la materia, cuando escribimos una ecuación química, debemos ajustarla de manera que cumpla con esta ley. El número de átomos en los reactivos debe ser igual al número de átomos en los productos. El ajuste de la ecuación se logra colocando índices estequiométricos delante de cada molécula. El índice estequiométrico es un número multiplica a los átomos de la sustancia delante de la cual está colocado.

Leyes de conservación. Materia y energía.

En el siglo XVIII Lavoisier estableció la Ley de Conservación de la Materia, en un sistema cerrado la cantidad total de materia permanece constante.

Einstein demostró que la ley no es estrictamente cierta, según su teoría el universo es un sistema dinámico en constante cambio y movimiento. La materia y la energía son manifestaciones de la misma entidad física. En determinadas condiciones, la masa puede transformarse en energía y viceversa, de acuerdo a la siguiente equivalencia:

E= m.c²

Donde:

E: es la cantidad de energía,

m: es la masa,

v: velocidad de la luz en el vacío (300.000 Km/seg).

De la anterior expresión, se puede obtener matemáticamente una fórmula que nos permita conocer la relación entre la masa y la energía: m= E/c². Observa que la energía está dividida por un número muy grande: (300.000 Km/seg)² = 90.000.000.000. Por lo cual, la energía producida debe ser muy grande para que la pérdida de masa sea considerable.

En las reacciones químicas la energía involucrada es baja, y los cambios de masa por energía son despreciables. Por ello la ley de conservación de la materia continúa siendo aplicable.

En fenómenos nucleares como la fisión nuclear (ruptura parcial de núcleos atómicos) y fusión nuclear (unión de núcleos atómicos), están involucradas grandes cantidades de energía y los cambios de masa son apreciables y se pueden evaluar con la ecuación de Einstein.

En el siglo XIX, Mayer estableció la ley de conservación de la energía, ‟la suma de energía cinética, potencial y térmica en un sistema aislado permanece constante.”

Se pueden diferenciar tres tipos de sistemas: un sistema aislado es aquel que no intercambia materia ni energía con el medio que lo rodea, un sistema cerrado intercambia solamente energía con el medio que lo rodea, un sistema abierto intercambia ambas.

El universo se considera un sistema aislado.

Las leyes se unifican en la ley de conservación de masa y energía: ‟La cantidad de materia y energía en el universo no aumenta ni disminuye, pero pueden transformarse entre sí” .                              

Entre las transformaciones de energía son importantes los cambios de estado y las reacciones químicas (descomposición, combinación y otras), que desarrollaremos más adelante.