Leyes estequiométricas

Antes de comenzar a describir las leyes estequiométricas, repasemos un poco el concepto de estequiometria. La estequiometria es la sección de la química que estudia las relaciones cuantitativas entre los reactivos y los productos, en una reacción.

Según la definición dada por Richter en el año 1792, la estequiometria es la ciencia que mide las relaciones entre las masas, o, dicho de otra manera, las proporciones cuantitativas en los elementos químicos implicados en una reacción.

En las reacciones químicas, los reactivos se combinan  para formar productos. En las sustancias que intervienen, la reacción sucede a nivel atómico, es decir que los átomos de los reactivos rompen sus enlaces y forman nuevos enlaces para formar productos, pero siempre se conservan. Esta es la ley estequiométrica de la conservación de las masas, que implica que el número de átomos en los reactivos es igual al número de átomos en los productos,   y que la carga total también debe ser la misma, en reactivos y en productos.

Dicho de otra manera, la ley  de conservación  de la materia (propuesta por Lavoisier en 1785) indica que en una reacción química, la masa de los reactivos es igual a la masa de los productos, ya que la materia no se crea ni se desvanece, sólo se transforma.

Las cantidades de reactivos y productos en una reacción química, se rigen entonces por esta ley de conservación, por esta razón es que la representación de una ecuación química debe estar ajustada según esta ley.

Pongamos por ejemplo la reacción en la que el metano se combina con oxígeno para formar dióxido de carbono y agua; la reacción sin ajustar sería:

CH_{4 +} O_{2  === >} CO_{2  +} H₂O

Como podemos ver, en los reactivos hay dos átomos de oxígeno, mientras en los productos hay tres. El metano aporta 4 átomos de hidrógeno, mientras que en el agua formada sólo hay dos. Es por esta razón que, respetando la ley de conservación de la materia, debemos colocar delante de cada reactivo o producto, un número denominado coeficiente estequiométrico, que multiplicará los átomos de la sustancia delante de la cual sea colocado. Mediante la colocación de estos coeficientes debemos igualar el número de átomos en los reactivos y en los productos.

De esta manera la reacción quedaría ajustada de la siguiente manera:

Ahora sí el número de átomos de carbono, oxígeno e hidrógeno es igual en reactivos y en productos. La reacción ajustada indica que una molécula de metano reacciona con dos moléculas de oxígeno para obtener una molécula de dióxido de carbono y dos moléculas de agua.

Otra ley estequiométrica es la ley de Proust, o ley de las proporciones constantes. Esta ley indica que cuando dos  elementos o compuestos se combinan para formar un tercero, siempre lo hacen en la misma proporción, es decir en las mismas cantidades.

Según la ley de Dalton, llamada ley de las proporciones múltiples, cuando dos elementos o compuestos se combinan para dar lugar a varios productos, la relación entre el peso de uno de los elementos y el peso que se combina con esa masa, da como resultado un número entero sencillo.

Por ejemplo. 100 gramos de un compuesto formado por cloro y oxígeno, lo podemos hallar en las siguientes proporciones:

Primer compuesto posible:

81,39 g de Cl + 18,61 g de O;

Segundo:

59,32 g Cl + 40,68 g de O;

Tercero:

46,67 g Cl+ 53,33 g de O;

Cuarto:

38,46 g  Cl+ 61,54 g de O;

Si dividimos la cantidad de oxígeno sobre la de cloro en cada compuesto, obtenemos las siguientes relaciones:

Primero:

18,61 / 81.39 = 0,2287;

Segundo:

40,68 / 59,32 = 0,6858;

Tercero:

53,33 / 46,67 = 1,1427;

Cuarto:

61,54 / 38,46 = 1,6001

Si tomamos el menor valor, que es 0,2287,  y dividimos los restantes entre éste, observaremos que los resultados son números enteros sencillos, 1, 3, 5 y 7, coincidentemente con lo enunciado por la ley de Dalton.

La ley estequiométrica de Richter, también llamada ley de las proporciones equivalentes, indica que cuando dos elementos A y B se combinan con una cierta masa fija de un tercero, en caso de que A y B se combinen entre sí, lo hacen con una relación de masas A/B, o con un múltiplo de la misma.