El óxido de fósforo es una de las moléculas más bonitas y complejas de la química inorgánica, Cuando se constituye a partir de oxígeno líquido y un trozo de fósforo sólido, activado por una chispa de calor, la reacción que le da lugar emite gran cantidad de luz.
Su forma es doblemente tetraédrica, tanto por la disposición hibridación de los átomos de fósforo, cómo por la forma en que cada uno de ellos se posiciona en los cuatro vértices de un tetraedro.
Aunque su fórmula empírica es P2O5, la molecular es P4O10.
Estos son los pasos que se deben completar para llegar a dominar la formulación inorgánica:
Distinguir correctamente los símbolos de los elementos.
Determinar las valencias de los elementos químicos según sus números de oxidación en la tabla periódica, aprenderse los valores de los más importantes según el grupo al que pertenecen (columna) y recordar los correspondientes a elementos habituales en los compuestos químicos pero que no siguen una regla fácil de recordar (como el manganeso, hierro, cobalto, níquel, cobre o plomo, entre otros).
Aprender a distinguir los metales de los no metales.
Aprenderse las fórmulas de las sustancias simples principales.
Combinaciones binarias del oxígeno: óxidos.
Combinaciones binarias del hidrógeno: hidruros e hidrácidos.
Otras combinaciones binarias: sales binarias (metales con no metales).
Hidróxidos.
Ácidos oxoácidos.
Sales.
Hemos distinguido en amarillo las sustancias simples, en naranja los compuestos binarios y en verde los compuestos ternarios.
Dalton propuso el primer modelo atómico concreto de la Historia como consecuencia de la Ley de proporciones múltiples o Ley de Proust y la Ley de las proporciones constantes enunciada por él mismo.
Los átomo son partículas diminutas e indivisibles que no cambias durante cualquier proceso químico (únicamente se recombinan; ni se crean ni se destruyen). Los átomos iguales (de los mismos elementos químicos) tienen la misma masa y tamaño, así como las mismas propiedades químicas.
Así, Dalton, recuperó y concretizó el concepto de átomo ya acuñado por Demócrito en la Grecia clásica.
Primera Ley de Dalton: Ley de las proporciones constantes (1801), basada en la Ley de Proust establece que en cualquier compuesto químico los elementos se combinan siempre en la misma proporción, sin importar el origen o modo de preparación.
Segunda Ley de Dalton: Ley de las proporciones múltiples (1804), establece que si dos elementos forman más de un compuesto, los diferentes pesos de uno en combinación con el mismo peso del otro están en relación de pequeños números enteros.
Dalton fue el primero en publicar una tabla de pesos atómicos relativos. Seis elementos aparecen en esta tabla: hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, carbono, azufre y fósforo, atribuyendo convencionalmente al átomo de hidrógeno el peso de una unidad. ... en una entrada de su cuaderno de laboratorio fechada el 6 de septiembre 1803, aparece una lista en la que se establecen los pesos relativos de los átomos de una serie de elementos, que se derivan del análisis del agua, amoniaco, dióxido de carbono y otros compuestos ya realizados por los químicos de la época.
Louis Proust, amigo personal de Lavoisier, estableció en el año 1795 durante su estancia como profesor en el Real Colegio de Artillería de Segovia, la ley de las proporciones ponderales, según la cual los elementos químicos se combinan para formar compuestos manteniendo siempre una relación de proporcionalidad constante entre sus masas.
Esta ley es la que está detrás de que en las fórmulas de los compuestos químicos se utilizen números enteros como índices y sentó las bases de la teoría atómica de Dalton.
Así es como fue enunciada: "Cien libras de cobre disueltas en ácido sulfúrico o nítrico que precipitan dando lugar a carbonato de sodio o potasio, invariablemente dan lugar a 180 libras de carbonato verde".
Cavendish fue el primero en sintetizar agua a partir de hidrógeno y oxígeno en estado gaseoso. La reacción, para que pueda producirse, requiere del aporte de cierta energía de activación, lo cuál se consigue con una cerilla encendida o una chispa, cualquiera que sea el mecanismo que la genere. Los electrones de la molécula de agua acceden a un estado de menor energía que el que tenía formando parte de las moléculas diatómicas de hidrógeno y oxígeno, respectivamente. Es por esta razón que la energía sobrante se libera en forma de explosión.
Una de las hazañas experimentales más importantes llevadas a cabo a finales del siglo XVIII fue la síntesis de agua a partir de hidrógeno y oxígeno realizada por Cavendish. Cavendish, más conocido por ser el primero en medir de forma experimental la constante de la gravitación universal, consiguió mezclar en un recipiente estanco dos gases que obtuvo de forma independiente mediante el uso de cubetas neumáticas y provocar que reaccionan químicamente activados por el chispazo producido por una corriente eléctrica. Estos dos gases fueron aislados e identificados respectivamente por el propio Cavendish y por Priesley como aire inflamable (hoy en día hidrógeno) y aire desflogisticado (hoy en día identifidado con el oxígeno) según la consideración de que poseyeran o carecieran flogisto.
Este experimento puso de relieve que el agua es un compuesto y no un elemento como se le había considerado hasta entonces (en parte por ser considerado desde la Antigua Grecia como unos de los 4 elementos fundamentales junto a la tierra, el fuego y el aire).
Henry Cavendish cumple con el perfil de científico excéntrico, solitario y maniático que suele venirnos a la mente como arquetipo muchas veces. Incluso llegó a formar parte de una sociedad llamada "Los Lunáticos" que solamente se reunía para debatir de ciencia y filosofía las noches de luna llena. Adoraba a la Luna y a la Ciencia con pasión, sacrificio y meticulosidad y sin embargo era un misógino a toda luz.
Este británico nacido en Francia en el seno de una familia acomodada destacaría por sus contribuciones como físico y químico experimental.
Como muchos de sus colegas contemporáneos gustó de experimentar con gases, haciéndolos reaccionar con metales e intentando aislar los productos resultantes. En esa época era posible obtener metales puros por calcinación o por destilación y se podían aislar gases puros utilizando cubetas neumáticas. Haciendo reaccionar ácidos fuertes con metales (cómo el zinc) Cavendish consiguió aislar el hidrógeno, distinguiéndolo como un gas propio al que denominó 'aire inflamable' por su capacidad de prender en un ambiente propicio, y determinó que era el más ligero de todos los gases. Aunque el hidrógeno ya había sido aislado previamente por Boyle y Hales, él fue el primero en caracterizarlo de una forma precisa.
Años más tarde Cavendish obtendría experimentalmente agua líquida mezclando hidrógeno (aire inflamable) y oxígeno (aire desflogisticado)en un recipiente estanco.
La famosa ecuación general de los gases ideales que unifica las leyes de Boyle-Mariotte y de Gay-Lussac fue establecida precisamente por Gay-Lussac a principios del siglo XIX.
P·V = n·R·T
Un gas se considera ideal cuando sus moléculas se comportan como puntos que no ocupan un espacio ni interactúan entre ellas. Los gases cuyo comportamiento mejor se aproxima al de un gas ideal son los monoatómicos y en general bajo condiciones de baja presión y temperatura.
Gran parte de la actividad científica floreció en el siglo XVII en la Royal Society de Londres. Uno de sus miembros, Robert Boyle, mentor de Robert Hooke, formuló una ley que establecía la relación entre el volumen y la presión de un gas ideal.
La Ley de Boyle enuncia que el volumen y la presión de un gas ideal son inversamente proporcionales. También se puede enunciar indicando que el producto de ambas cantidades es constante: P·V = cte.
En aquella época varios habían sido ya los experimentos que se habían realizado para entender mejor y poder medir lo que es la presión de un gas.
En el vídeo de arriba podemos ver un experimento casero en el que un globo se hincha porque aumente la presión al disminuir el volumen de aire de un recipiente (al ser ocupado parcialmente con agua).
Para el estudio de las primeras máquinas de vapor era importante conocer la Ley de los Gases Ideales, ya que en esencia lo que se comprime y expande realizando un trabajo mecánico en una máquina de vapor es un gas ideal.
La Ley de los Gases Ideales es básicamente la síntesis de otras leyes: la ley de Boyle-Mariotte y las leyes de Gay-Lussac.
La Ley de Boyle fue enunciada a mediados del siglo XVII y establece la proporcionalidad inversa entre presión y volumen en un gas ideal a temperatura constante. Surge del interés de Boyle por experimentar con la presión siguiendo la estela de las grandes demostraciones que realizó Otto von Gericke para realizar el vacío en la conocidas como esferas de Magdeburgo. La ley obtuvo finalmente el nombre de Ley de Boyle-Mariotte por las aportaciones que hizo este último de forma paralela y en investigaciones independientes.
P·V = k1
P1/V1 = P2/V2
La primera Ley de Gay-Lussac no es sino el enunciado oficial de la Ley de Charles en la que se establece la proporcionalidad entre volumen y temperatura a presión constante. En otras palabras, Charles ya había descubierto esta ley en 1797 pero no la publicó. Sino que fue Gay-Lussac quien la publicó por primera vez en 1802, aunque eso sí, haciendo mención de los estudios de Charles. Por esto esta ley se conoce indistintamente como Ley de Charles y de Gay-Lussac. De todas maneras, hay referencias de que el primero en dejar constancia escrita de estudios sobre la proporcionalidad del volumen y la temperatura fue un físico e inventor francés llamado Amontons en el año 1702.
V = k2 · T
V1/T1 = V2/T2
La Ley de Charles y Gay-Lussac es la que se puede ver reproducida en el vídeo de youtube que acompaña esta entrada.
La segunda Ley de Gay-Lussac sí que se considera enteramente introducida por sí mismo y establece la proporcionalidad entre la presión y la temperatura a volumen constante. Vamos, lo que le ocurre a una olla exprés, donde el volumen del recipiente cerrado es constante, y vemos que al calentarla aumenta la presión. Lo que hizo Gay-Lussac fue enunciar que esa relación entre P y T es directamente proporcional.
P = k2 · T
P1/T1 = P2/T2
Aunque realmente la relación lineal entre P y T no pasa por el origen y por su corte con el eje de la presión evidencia la existencia de un cero absoluta de temperaturas que extrapolando resulta ser de -273.15 ºC.
La Ley de Charles establece la proporcionalidad entre la temperatura y el volumen en aquellos procesos que se producen a presión constante. Aunque fue establecida por Charles en 1797 no fue sino publicada hasta el año 1802 por Gay-Lussac, por lo que se conoce indistintamente con Ley de Charles y de Gay-Lussac.
