En química, la ley de proporciones múltiples establece que en compuestos que contienen dos elementos químicos particulares, la cantidad de Elemento A por medida de Elemento B diferirá en estos compuestos en proporciones de números enteros pequeños. Por ejemplo, la proporción del contenido de hidrógeno en metano (CH 4 ) y etano (C 2 H 6 ) por medida de carbono es 4:3. Esta ley también se conoce como Ley de Dalton , llamada así por John Dalton , el químico que la expresó por primera vez. El descubrimiento de este patrón llevó a Dalton a desarrollar la teoría moderna de los átomos , ya que sugería que los elementos se combinan entre sí en múltiplos de una cantidad básica. Junto con la ley de proporciones definidas , la ley de proporciones múltiples forma la base de la estequiometría . [1]
La ley de proporciones múltiples no suele aplicarse cuando se comparan moléculas muy grandes. Por ejemplo, si se intentara demostrarla utilizando los hidrocarburos decano (C 10 H 22 ) y undecano (C 11 H 24 ), se encontraría que 100 gramos de carbono podrían reaccionar con 18,46 gramos de hidrógeno para producir decano o con 18,31 gramos de hidrógeno para producir undecano, para una relación de masas de hidrógeno de 121:120, que difícilmente es una relación de números enteros "pequeños".
En 1804, Dalton explicó su teoría atómica a su amigo y colega químico Thomas Thomson , quien publicó una explicación de la teoría de Dalton en su libro A System of Chemistry en 1807. Según Thomson, la idea de Dalton se le ocurrió por primera vez cuando experimentaba con "gas olefiante" ( etileno ) y "gas hidrógeno carburado" ( metano ). Dalton descubrió que el "gas hidrógeno carburado" contiene el doble de hidrógeno por medida de carbono que el "gas olefiante", y concluyó que una molécula de "gas olefiante" es un átomo de carbono y un átomo de hidrógeno, y una molécula de "gas hidrógeno carburado" es un átomo de carbono y dos átomos de hidrógeno. [2] En realidad, una molécula de etileno tiene dos átomos de carbono y cuatro átomos de hidrógeno (C 2 H 4 ), y una molécula de metano tiene un átomo de carbono y cuatro átomos de hidrógeno (CH 4 ). En este caso en particular, Dalton se equivocó en las fórmulas de estos compuestos, y no fue su único error. Pero en otros casos, acertó con las fórmulas. Los siguientes ejemplos proceden de los propios libros de Dalton, Un nuevo sistema de filosofía química (en dos volúmenes, 1808 y 1817):
Ejemplo 1: óxidos de estaño: Dalton identificó dos tipos de óxido de estaño . Uno es un polvo gris al que Dalton se refirió como "el protóxido de estaño", que es 88,1% de estaño y 11,9% de oxígeno . El otro es un polvo blanco al que Dalton se refirió como "el deutóxido de estaño", que es 78,7% de estaño y 21,3% de oxígeno. Ajustando estas cifras, en el polvo gris hay alrededor de 13,5 g de oxígeno por cada 100 g de estaño, y en el polvo blanco hay alrededor de 27 g de oxígeno por cada 100 g de estaño. 13,5 y 27 forman una proporción de 1:2. Estos compuestos se conocen hoy en día como óxido de estaño (II) (SnO) y óxido de estaño (IV) (SnO 2 ). En la terminología de Dalton, un "protóxido" es una molécula que contiene un solo átomo de oxígeno, y una molécula de "deutóxido" tiene dos. [3] [4] Los óxidos de estaño son en realidad cristales, no existen en forma molecular.
Ejemplo 2: óxidos de hierro: Dalton identificó dos óxidos de hierro. Hay un tipo de óxido de hierro que es un polvo negro al que Dalton se refirió como "el protóxido de hierro", que es 78,1% de hierro y 21,9% de oxígeno. El otro óxido de hierro es un polvo rojo, al que Dalton se refirió como "el óxido intermedio o rojo de hierro" que es 70,4% de hierro y 29,6% de oxígeno. Ajustando estas cifras, en el polvo negro hay alrededor de 28 g de oxígeno por cada 100 g de hierro, y en el polvo rojo hay alrededor de 42 g de oxígeno por cada 100 g de hierro. 28 y 42 forman una proporción de 2:3. Estos compuestos son óxido de hierro (II) (Fe 2 O 2 ) [a] y óxido de hierro (III) (Fe 2 O 3 ). [5] [6] Dalton describió el "óxido intermedio" como "2 átomos de protóxido y 1 de oxígeno", lo que suma dos átomos de hierro y tres de oxígeno. Eso da un promedio de un átomo y medio de oxígeno por cada átomo de hierro, lo que lo coloca a medio camino entre un "protóxido" y un "deutóxido". [7] Al igual que los óxidos de estaño, los óxidos de hierro son cristales.
Ejemplo 3: óxidos de nitrógeno: Dalton conocía tres óxidos de nitrógeno: "óxido nitroso", "gas nitroso" y "ácido nítrico". [8] Estos compuestos se conocen hoy como óxido nitroso , óxido nítrico y dióxido de nitrógeno respectivamente. El "óxido nitroso" es 63,3% nitrógeno y 36,7% oxígeno, lo que significa que tiene 80 g de oxígeno por cada 140 g de nitrógeno. El "gas nitroso" es 44,05% nitrógeno y 55,95% oxígeno, lo que significa que hay 160 g de oxígeno por cada 140 g de nitrógeno. El "ácido nítrico" es 29,5% nitrógeno y 70,5% oxígeno, lo que significa que tiene 320 g de oxígeno por cada 140 g de nitrógeno. 80 g, 160 g y 320 g forman una proporción de 1:2:4. Las fórmulas de estos compuestos son N 2 O, NO y NO 2 . [9] [10]
La primera definición de la observación de Dalton aparece en una enciclopedia de química de 1807:
...donde dos cuerpos se combinan en diferentes proporciones, si la cantidad de uno de ellos se supone como un número fijo, las proporciones del otro cuerpo que se une a él están en la razón más simple posible entre sí, produciéndose multiplicando la proporción más baja por un número entero simple como 2, 3, 4, etc. [...] en todos los casos los elementos simples de los cuerpos están dispuestos a unirse átomo a átomo individualmente; o si alguno está en exceso, excede en una razón que se expresará por algún múltiplo simple del número de sus átomos. [11]
El primer escritor conocido que se refirió a este principio como la "doctrina de las proporciones múltiples" fue Jöns Jacob Berzelius en 1813. [12]
La teoría atómica de Dalton despertó un gran interés, pero no una aceptación universal, poco después de su publicación, porque la ley de proporciones múltiples por sí sola no era una prueba completa de la existencia de los átomos. A lo largo del siglo XIX, otros descubrimientos en los campos de la química y la física darían más credibilidad a la teoría atómica, de modo que a finales del siglo XIX había encontrado una aceptación universal.