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Conosciuta anche come legge delle proporzioni costanti e legge delle proporzioni definite, la legge della composizione costante afferma che diversi campioni della stessa sostanza pura saranno sempre costituiti dagli stessi elementi chimici nelle stesse proporzioni di massa . Ciò accadrà indipendentemente dalle dimensioni del campione, da come è stato ottenuto o da come viene determinata la sua composizione.
Questa legge, insieme alla legge delle proporzioni multiple, costituisce la base della stechiometria, che è responsabile della misurazione delle proporzioni quantitative di elementi e composti chimici coinvolti in una reazione chimica.
Usando la legge della composizione costante
La legge della composizione costante rende molto facile determinare le quantità di ogni elemento che contiene un campione di una sostanza pura. Ad esempio, è noto che l’acqua contiene idrogeno e ossigeno in un rapporto di massa 1:9.
Quindi, se volessi determinare, ad esempio, quale massa di idrogeno è combinata con 150 g di ossigeno in un campione di acqua, potresti usare il rapporto idrogeno/ossigeno di 1:9 poiché quella sarà sempre la composizione dell’acqua. .
Storia della legge di composizione costante
Per chi conosce già la chimica e il modo in cui la materia è organizzata in atomi e molecole, questa legge può risultare alquanto banale. È evidente che la legge ha la sua origine nel fatto che le molecole sono sempre costituite dallo stesso numero di atomi. Tuttavia, è molto importante ricordare che quando questa legge fu affermata, la teoria atomica non era ancora stata stabilita.
La legge della composizione costante è infatti attribuita al chimico francese Joseph Proust che, tra il 1798 e il 1804, effettuò una serie di esperimenti che gli permisero di concludere che le sostanze pure hanno una composizione costante.
Esempi della legge della composizione costante
La legge della composizione costante viene spesso utilizzata per risolvere problemi di stechiometria. In questi casi serve per poter effettuare calcoli relativi alle quantità degli elementi presenti in una sostanza pura. Vediamo il seguente esempio che illustra l’uso di questa legge:
Determinazione della composizione di una sostanza pura
Problema: un campione di un idrocarburo brucia in presenza di eccesso di ossigeno producendo 3,52 g di anidride carbonica e 1,80 g di acqua. Sapendo che l’anidride carbonica contiene il 27,27% di carbonio e che l’acqua contiene l’1,80% di idrogeno, determinare la composizione dell’idrocarburo.
Soluzione: questo problema può essere risolto in diversi modi, a seconda che si conoscano o meno le formule molecolari dell’anidride carbonica e dell’acqua, ma è molto più semplice da risolvere utilizzando la legge delle proporzioni definite o della composizione costante.
Trattandosi di un idrocarburo, sappiamo che il composto è formato solo da idrogeno e carbonio, quindi determinare la composizione dell’idrocarburo implica determinare la percentuale in massa che corrisponde a ciascun elemento.
Tutto il carbonio è nell’anidride carbonica mentre l’idrogeno è nell’acqua, quindi è necessario determinare quanto carbonio c’è nei 3,52 g di anidride carbonica che si formano e quanto idrogeno c’è negli 1,8 g di acqua che si formano, e per questo si usa la legge della composizione costante.
Anche se non evidente, la legge della composizione costante è stata usata qui due volte:
- La prima volta è stato assumendo che la proporzione di carbonio in 100 g di anidride carbonica sarebbe stata la stessa dei 3,52 g di anidride carbonica che si erano formati per combustione.
- La seconda quando lo stesso è stato fatto con l’acqua, poiché la stessa proporzione di idrogeno in 100 g di acqua è stata utilizzata per calcolare la massa di idrogeno presente negli 1,80 g di acqua che si sono formati durante la combustione.
Eccezioni alla legge della composizione costante
Come molte altre leggi, anche la legge della composizione costante ha le sue eccezioni. Questo perché ci sono composti la cui composizione è variabile.
Bertolide
Un esempio di ciò è rappresentato dai composti non stechiometrici, detti anche composti del bertolide.
È una famiglia di composti solidi non molecolari che possono presentare imperfezioni nella loro struttura con alcuni atomi mancanti o con alcuni atomi in diversi stati di ossidazione. Questo è particolarmente comune con gli ossidi di metalli di transizione.
variazione isotopica
Un’altra situazione in cui la legge delle proporzioni definite non è perfettamente rispettata è in quei casi in cui si confronta la composizione di due molecole che contengono isotopi diversi degli elementi che le compongono. Ad esempio, l’acqua pesante, nota anche come ossido di deuterio, ha due atomi di deuterio la cui massa è doppia rispetto a quella dell’idrogeno normale. In questo caso il rapporto di massa tra idrogeno e ossigeno, invece di essere 1:9 come nell’acqua normale, è 2:9 nell’acqua pesante.
Riferimenti
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