¿CÓMO DIFERENCIAR LAS MOLÉCULAS DE LOS ÁTOMOS?
La teoría cinético molecular afirma que "los gases están formados por moléculas muy separadas entre sí que se mueven con distintas velocidades en el volumen donde están contenidas".
Este modelo de los gases explica con facilidad las principales magnitudes que se miden en ellos. Se dice, por ejemplo, que la presión es el efecto de los choques de las partículas contra las paredes del recipiente, y la temperatura una medida de la velocidad media de las moléculas.
Por otro lado, la teoría atómica afirma que "los cambios químicos como la formación de compuestos a partir de los elementos, se explican suponiendo que los elementos están formados por átomos".
Obsérvese que mientras la teoría cinética molecular habla de moléculas, la teoría atómica se refiere a los átomos.
Esto plantea una serie de interrogantes: los átomos y las moléculas, ¿son iguales o son diferentes?. Si los átomos se unen para formar moléculas, ¿cómo se pueden averiguar cuántos átomos hay en una molécula? ¿en qué proporción se combinan los átomos en un caso dado? ¿cómo se puede verificar que en la molécula del agua existen dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno y no lo contrario?
Como él oxígeno es un gas, la teoría cinético molecular afirma que está formado por las moléculas. Pero como él oxígeno es a su vez un elemento, la teoría atómica establece que esta formado por átomos. Entonces vale la pena preguntarse: ¿las moléculas de oxígeno son lo mismo que los átomos de oxigeno o son diferentes?. Si son diferentes, ¿cuál es la diferencia?
La respuesta a estos interrogantes empieza a vislumbrarse en la formulación de la ley de la combinación de los volúmenes.
Gay-Lussac Y La Ley De La Combinación De Volúmenes
En 1808, casi en la misma época en que Dalton propuso la teoría atómica, el científico francés Gay Lussac se interesó en una característica especial de las reacciones entre los gases. El observó que el hidrógeno gaseoso se combina con el oxígeno gaseoso para formar agua, la relación de combinación es siempre de 2 volúmenes de hidrógeno por uno de oxígeno, y el vapor de agua formado ocupara dos volúmenes. Esta y otras observaciones se resumen en el siguiente cuadro:
Gay Lussac resumió estos descubrimientos en su ley de la combinación de los volúmenes, que dice: "los volúmenes de los gases que se combinan o se producen en una reacción química están siempre en una relación de números enteros simples".
AVOGADRO Y LA FORMULACIÓN DE SU PRINCIPIO
En 1811, el científico italiano Amadeo Avogadro, basándose en la ley de Gay Lussac publicó un ensayo en el cual hacía una amplia distinción entre átomos y moléculas. Avogadro explicó magistralmente la razón de ser de la ley de la combinación de los volúmenes, afirmando que ello ocurría por que:
“Los volúmenes iguales de todos los gases a la misma temperatura y presión contiene el mismo numero de moléculas”. Esta afirmación constituye el principio de Avogadro.
RAZONAMIENTO DE AVOGADRO
Así razonó avogadro para explicar la ley de los volúmenes:
a) Experimentalmente se observa que un volumen de hidrógeno se combina con un volumen de cloro para producir dos volúmenes de cloruro de hidrogeno:
H + CI = HCI
B) Lo que ocurre en este caso, decía Avogadro, es que cada molécula de hidrógeno reacciona con una molécula de cloro; la primera molécula de hidrogeno con la primera de cloro, la segunda con la segunda, y así sucesivamente hasta que la reacción termine. Al final, se han utilizado todas las moléculas. También se ha hecho uso de volúmenes iguales de cloro e hidrógeno. Esto llevó a Avogadro a pensar que "debía existir alguna relación entre los números iguales de moléculas reaccionantes y los volúmenes iguales de los gases reaccionantes". La reacción más simple posible ocurrirá cuando volúmenes iguales de todos los gases tengan el mismo número de moléculas a la misma temperatura y presión.
C) El volumen del cloruro de hidrógeno producido es el doble del volumen de hidrógeno o del de cloro. En otras palabras: una molécula de hidrógeno y una molécula de cloro se combinan para formar dos moléculas de cloruro de hidrógeno.
H-H + CI-CI = HCI HCI
D) Cada molécula de cloruro de hidrógeno contiene un átomo de hidrógeno y uno de cloro. Esto llevó a Avogadro a concluir que cada partícula de hidrógeno se había dividido a la mitad, una para cada una de las dos moléculas de cloruro de hidrógeno. De igual manera, cada una de las partículas de cloro se tenía que haber dividido en dos mitades para proporcionar el cloro a las dos moléculas de cloruro de hidrógeno.
Como los átomos no pueden dividirse por medios químicos, Avogadro dedujo que:
"Las partículas que forman al hidrógeno gaseoso no pueden ser átomos sencillos, si no que deben contener dos átomos. Estas partículas son las moléculas del hidrógeno".
Idéntico raciocino es válido para el cloro: sus partículas no podían ser átomos sencillos, sino que también debían ser moléculas que contenían dos átomos.
Avogrado había demostrado que la molécula física y el átomo no son iguales.
CONSECUENCIAS DEL PRINCIPIO DE AVOGADRO
Avogadro logró explicar la ley de la combinación de los volúmenes en función de las teorías atómica y molecular, afirmando que volúmenes iguales de gases contienen el mismo número de moléculas. Este era su principal propósito.
Pero además, logró una clara distinción entre moléculas físicas y los átomos químicos, demostrando que aún una molécula simple podía estar compuesta por dos átomos.
EL NUMERO DE AVOGADRO
Desde la época de Avogadro, los científicos han podido determinar el número de moléculas en un volumen o masa de un gas.
De hecho, se define lo que se llama un mol de un cierto gas como la cantidad de este que hay en 22.4 Litros a 0º y a una atmosfera de presion.
El número de moléculas de cualquier gas que hay en una mol se conoce como número de Avogadro. Tal número es igual a 6,02 x 1023.
PREGUNTA: El científico que logró hacer la distinción entre átomos y moléculas fue Amadeo Avogadro.