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También conocida como la ley de las proporciones constantes y la ley de las proporciones definidas, la ley de composición constante establece que distintas muestras de una misma sustancia pura siempre estarán formadas por los mismos elementos químicos en las mismas proporciones de masa. Esto sucederá sin importar el tamaño de la muestra, cómo se obtuvo ni cómo se determina su composición.
Esta ley, junto con la ley de las proporciones múltiples, forma la base de la estequiometría, la cual se encarga de medir las proporciones cuantitativas de los elementos químicos y compuestos que están involucrados en una reacción química.
Uso de la ley de composición constante
La ley de composición constante hace que sea muy fácil determinar las cantidades de cada elemento que contiene una muestra de una sustancia pura. Por ejemplo, se sabe que el agua posee hidrógeno y oxígeno en una relación de masa de 1:9.
Así que, si se quisiera determinar, por ejemplo, qué masa de hidrógeno está combinada con 150 g de oxígeno en una muestra de agua, se podría utilizar la proporción de hidrógeno a oxígeno de 1:9 ya que esa siempre será la composición del agua.
Historia de la ley de composición constante
Puede que para alguien que ya tenga conocimientos de química y de la forma cómo la materia está organizada en átomos y moléculas, esta ley sea algo trivial. Es evidente que la ley tiene su origen en el hecho de que las moléculas siempre están formadas por el mismo número de átomos. Sin embargo, es muy importante recordar que, para cuando se enunció esta ley, la teoría atómica aún no se había establecido.
De hecho, la ley de composición constante se le atribuye al químico francés Joseph Proust quien, entre 1798 y 1804, llevó a cabo una serie de experimentos que le permitió llegar a la conclusión de que las sustancias puras tienen una composición constante.
Ejemplos de la ley de composición constante
La ley de composición constante se suele utilizar para resolver problemas de estequiometría. En estos casos, se utiliza para poder llevar a cabo cálculos relacionados con las cantidades de los elementos presentes en una sustancia pura. Veamos el siguiente ejemplo que ilustra el uso de esta ley:
Determinación de la composición de una sustancia pura
Problema: Una muestra de un hidrocarburo se quema en presencia de un exceso de oxígeno para producir 3,52 g de dióxido de carbono y 1,80 g de agua. Sabiendo que el dióxido de carbono contiene 27,27% de carbono y que el agua contiene 1,80% de hidrógeno, determine la composición del hidrocarburo.
Solución: este problema se puede resolver de varias maneras, dependiendo de si se conocen o no las fórmulas moleculares del dióxido de carbono y del agua, pero es mucho más sencillo resolverlo por medio de la ley de proporciones definidas o de composición constante.
Al tratarse de un hidrocarburo, sabemos que el compuesto está formado únicamente por hidrógeno y carbono, así que determinar la composición del hidrocarburo implica determinar el porcentaje en masa que le corresponde a cada elemento.
Todo el carbono está en el dióxido de carbono mientras que el hidrógeno se encuentra en el agua, por lo que se necesita determinar cuánto carbono hay en los 3,52 g de dióxido de carbono formados y cuánto hidrógeno hay en los 1.8 g de agua formada, y para esto se utiliza la ley de composición constante.
A pesar de que no es evidente, aquí se utilizó la ley de composición constante dos veces:
- La primera vez fue al asumir que la proporción de carbono en 100 g de dióxido de carbono sería la misa que en los 3,52 g de dióxido de carbono que se formaron por la combustión.
- La segunda fue cuando se hizo lo mismo con el agua, ya que se utilizó la misma proporción de hidrógeno en 100 g de agua para calcular la masa de hidrógeno presente en los 1,80 g de agua que se formaron durante la combustión.
Excepciones a la ley de composición constante
Como tantas otras leyes, la ley de composición constante también tiene sus excepciones. Esto se debe a que existen compuestos cuya composición es variable.
Los bertólidos
Un ejemplo de esto lo representan los compuestos no estequiométricos, también denominados compuestos bertólidos.
Se trata de una familia de compuestos sólidos no moleculares que pueden presentar imperfecciones en su estructura con algunos átomos ausentes o con algunos átomos en diferentes estados de oxidación. Esto es particularmente frecuente con los óxidos de los metales de transición.
Variación isotópica
Otra situación en la que no se cumple perfectamente la ley de las proporciones definidas es en aquellos casos en los que se compara la composición de dos moléculas que contienen isótopos diferentes de los elementos que las conforman. Por ejemplo, el agua pesada, también conocida como óxido de deuterio, posee dos átomos de deuterio cuya masa es el doble de la del hidrógeno normal. En este caso, la proporción másica entre el hidrógeno y el oxígeno, en lugar de ser de 1:9 como en el agua normal, es de 2:9 en el agua pesada
Referencias
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Chang, R., Manzo, Á. R., López, P. S., & Herranz, Z. R. (2020). Química (10.a ed.). New York City, NY: MCGRAW-HILL.
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