Ensayo en una manera de determinar las masas relativas de las moléculas elementales de cuerpos, y las proporciones en las cuales entran en estos compuestos






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Ensayo en una manera de determinar las masas relativas de las moléculas elementales de cuerpos, y las proporciones en las cuales entran en estos compuestos



Romano Amadeo Carlos Avogadro de Lorenzo
Meter a de en diario physique, 73:58 - 76 (1811)

traducción de las reimpresiones del club del alambique, No. 4, “fundaciones de la teoría molecular: Abarcando los papeles y los extractos de John Dalton, de José Louis de Gay-Lussac, y de Amadeo Avogadro, (1808-1811)”



Nota de lector: Las palabras “átomo” y “molécula” todavía no tenían su significado moderno. Por la “molécula integral” Avogadro significó una molécula de un compuesto; por la “molécula constitutiva” una molécula de un elemento gaseoso; y por la “molécula elemental” (o la “media molécula”) un átomo.



I.

M. De Gay-Lussac ha demostrado en una memoria interesante que los gases unen siempre en una proporción muy simple por el volumen, y que cuando el resultado de la unión es un gas, su volumen también es muy simplemente relacionado a los de sus componentes. Pero las proporciones cuantitativas de sustancias en compuestos parecen depender solamente del número relativo de moléculas que combinen, y del número de moléculas compuestas que resulten. Debe entonces ser admitido que las relaciones muy simples también existen entre los volúmenes de sustancias gaseosas y los números de moléculas simples o compuestas que las formen. La primera hipótesis para presentarse el a este respecto, y al parecer incluso único uno admisible, es el la suposición que el número de moléculas integrales en cualquier gas es siempre igual para los volúmenes iguales, o siempre proporcional a los volúmenes. De hecho, si supusiéramos que el número de moléculas contenidas en un volumen dado era diferente para diversos gases, sería apenas posible concebir que la ley que regulaba la distancia de moléculas podría dar en todas las relaciones de los casos tan simples como las que los hechos apenas detallados nos obligan a que reconozcamos entre el volumen y el número de moléculas. Por una parte, es muy bien concebible que las moléculas de los gases que son en tal distancia que su atracción mutua no puede ser ejercitada, su atracción diversa para calórico puede ser limitado a condensar una cantidad mayor o más pequeña alrededor de él, sin la atmósfera formada por este líquido que tiene cualquier mayor grado en el un caso que en el otro, y, por lo tanto, sin la distancia entre las moléculas que varían; o, es decir sin el número de moléculas contenidas en un volumen dado que es diferente. Dalton, es verdad, ha propuesto una hipótesis opuesta directo a esto, a saber, que la cantidad de calórico sea siempre igual para las moléculas de todos los cuerpos cualesquiera en el estado gaseoso, y que el mayor o menos atracción para solamente los resultados calóricos en producir un mayor o menos condensación de esta cantidad alrededor de las moléculas, y así la variación de la distancia entre las moléculas ellos mismos. Pero en nuestra actual ignorancia de la manera de la cual esta atracción para las moléculas para calórico se ejerce, no hay nada decidirnos a priori a favor de la que está de estas hipótesis algo que la otra; y debemos estar inclinados algo para adoptar una hipótesis neutral, que haría que la distancia entre las moléculas y las cantidades de calórico varía según leyes desconocidas, éramos él no que la hipótesis que acabamos de proponer está basada en esa simplicidad de la relación entre los volúmenes de gases en la combinación, que aparecería ser de otra manera inexplicable.

Precisando de esta hipótesis, es evidente que tenemos los medios de determinar muy fácilmente las masas relativas de las moléculas de las sustancias obtenibles en el estado gaseoso, y el número relativo de estas moléculas en compuestos; para los cocientes de las masas de las moléculas están entonces iguales que los de las densidades de los diversos gases en la temperatura y la presión iguales, y el número relativo de moléculas en un compuesto es dado inmediatamente por el cociente de los volúmenes de los gases que lo forman. Por ejemplo, puesto que los números 1.10359 y 0.07321 expreso las densidades de los dos gases oxígeno e hidrógeno compararon a el del aire atmosférico como unidad, y el cociente de los dos números por lo tanto representa el cociente entre las masas de los volúmenes iguales de estos dos gases, él también representará en nuestra hipótesis el cociente de las masas de sus moléculas. Así la masa de la molécula del oxígeno será cerca de 15 veces que de la molécula del hidrógeno, o más exactamente, pues 15.074 a 1. la masa de la molécula del nitrógeno estarán de la misma manera a el del hidrógeno como 0.96913 a 0.07321, es decir, como 13, o más exactamente 13.238, a 1. por una parte, puesto que sabemos que el cociente de los volúmenes de hidrógeno y del oxígeno en la formación de agua es 2 a 1, sigue que el agua resulta de la unión de cada molécula del oxígeno con dos moléculas de hidrógeno. Semejantemente, según las proporciones por el volumen establecido por el M. de Gay-Lussac para los elementos del amoníaco, el óxido nitroso, el gas nitroso, y el ácido nítrico, amoníaco resultarán de la unión de una molécula de nitrógeno con tres de hidrógeno, de óxido nitroso a partir de una molécula de oxígeno con dos de nitrógeno, de gas nitroso a partir de una molécula de nitrógeno con uno de oxígeno, y de ácido nítrico a partir de la una de nitrógeno con dos de oxígeno.

II.

Hay una consideración que aparece en la primera vista que se opondrá a la admisión de nuestra hipótesis con respecto a sustancias compuestas. Parece que una molécula integrada por moléculas dos o más elementales deben tener su masa igual a la suma de las masas de esas moléculas; y ése particularmente, si en una una molécula compuesta de una sustancia une con dos o más moléculas de otra sustancia, el número de moléculas compuestas debe seguir siendo igual que el número de moléculas de la primera sustancia. Por consiguiente, en nuestra hipótesis cuando un gas combina con dos o más mide el tiempo de su volumen de otro gas, el compuesto resultante, si es gaseoso, debe tener un volumen igual a el del primer de estos gases. Ahora, éste no es generalmente realmente el caso. Por ejemplo, el volumen de agua en el estado gaseoso está, como el M. de Gay-Lussac ha demostrado, dos veces más grande que el volumen de oxígeno cuál entra en él, o, qué viene a la misma cosa, igual a el del hidrógeno en vez de ser igual a el del oxígeno. Pero los medios de explicar hechos de este tipo conforme a nuestra hipótesis se presentan naturalmente bastante: suponemos, a saber, que las moléculas constitutivas de cualquier gas simple lo que (es decir, las moléculas que son en tal distancia de uno a que no pueden ejercitar su acción mutua) no se forman de una molécula elemental solitaria, pero están compuestas de algunos estas moléculas unidas por la atracción para formar solo; y fomentar, eso cuando las moléculas de otra sustancia unen con el anterior para formar una molécula compuesta, la molécula integral que debe resultar se dividió en dos o más porciones (o las moléculas integrales) integradas por la mitad, cuarto, &c., el número de moléculas elementales que van a formar la molécula constitutiva de la primera sustancia, combinada con mitad, el cuarto, &c., el número de moléculas constitutivas de la segunda sustancia que debe entrar en la combinación con una molécula constitutiva de la primera sustancia (o, qué viene a la misma cosa, combinado con un número igual a este último de mitad-moléculas, cuarto-moléculas, &c., de la segunda sustancia); de modo que el número de moléculas integrales del compuesto llegue a ser doble, cuadruplicar, &c., cuál habría sido si no había habido división, y exactamente cuál es necesaria satisfacer el volumen del gas.* resultante [así, por ejemplo, la molécula integral del agua será compuesta de una media molécula del oxígeno con una molécula, o, cuál es la misma cosa, de dos mitad-moléculas de hidrógeno.]

En el repaso de los varios gases compuestos sabidos lo más generalmente posible, encuentro solamente ejemplos de la duplicación del volumen relativamente al volumen de aquél de los componentes que combina con uno o más volúmenes del otro. Hemos visto ya esto para el agua. De la misma manera, sabemos que el volumen de gas del amoníaco es dos veces el del nitrógeno que entra en él. M. De Gay-Lussac también ha demostrado que el volumen de óxido nitroso es igual a el del nitrógeno cuál forma la parte de él, y por lo tanto es dos veces el del oxígeno. Finalmente, el gas nitroso, que contiene volúmenes iguales de nitrógeno y de oxígeno, tiene un volumen igual a la suma de los dos gases constitutivos, es decir, doble el de cada uno de ellos. Así en todos estos casos debe haber una división de la molécula en dos; pero es posible que en otros casos la división pudo estar en cuatro, ocho, &c. La posibilidad de esta división de moléculas compuestas se pudo haber conjeturado a priori; para de otra manera las moléculas integrales de los cuerpos integrados por varias sustancias con un número relativamente grande de moléculas, vendría tener una masa excesiva en comparación con las moléculas de sustancias simples. Puede ser que por lo tanto nos imaginemos que la naturaleza tenía algunos medios de traerlos de nuevo a la pedido de estes 3ultimo, y los hechos han precisado a nosotros la existencia de tales medios. Además, hay otra consideración que parecería hacer que admitimos en algunos casos la división en la pregunta; ¿para cómo podía uno concebir de otra manera una combinación verdadera entre dos sustancias gaseosas que unían en volúmenes iguales sin la condensación, por ejemplo ocurre en la formación de gas nitroso? Suponer las moléculas para seguir siendo en tal distancia que la atracción mutua de las de cada gas no podría ser ejercitada, no podemos imaginarnos que una nueva atracción podría ocurrir entre las moléculas de un gas y las del otro. Pero en la hipótesis de la división de la molécula, es fácil ver que la combinación reduce realmente dos diversas moléculas a una, y que habría contracción al lado del volumen entero de uno de los gases si cada molécula compuesta no se dividió en dos moléculas de la misma naturaleza. M. De Gay-Lussac vio claramente que, según los hechos, la disminución del volumen en la combinación de gases no puede representar la aproximación de sus moléculas elementales. La división de moléculas en la combinación explica a nosotros cómo estas dos cosas se pueden hacer independiente de uno a.

III.

Dalton, en suposiciones arbitrarias en cuanto a el número relativo más probable de moléculas en compuestos, tiene se esforzó para fijar cocientes entre las masas de las moléculas de sustancias simples. Nuestra hipótesis, suponiéndolo fundamentado, nos pone en una posición para confirmar o para rectificar sus resultados de datos exactos, y, sobretodo, para asignar la magnitud de moléculas compuestas según los volúmenes de los compuestos gaseosos, que dependen en parte de la división de moléculas enteramente insospechadas por este físico.

Así Dalton supone [en qué sigue mí haré uso de la exposición de las ideas de Dalton dadas en sistema de Thomson el “de química. ”] esa agua es formada por la unión del hidrógeno y del oxígeno, molécula a la molécula. De esto, y del cociente en peso de los dos componentes, seguiría que la masa de la molécula del oxígeno estaría a la del hidrógeno como 7 1/2 a 1 casi, o, según la evaluación de Dalton, como 6 a 1. Este cociente en nuestra hipótesis está, como vimos, dos veces como grande, a saber, como 15 a 1. En cuanto a la molécula del agua, su masa se debe expresar áspero por 15 + 2 = 17 (tomando para la unidad que del hidrógeno), si no había división de la molécula en dos; pero a causa de esta división se reduce a la mitad, a 8 1/2, o más exactamente a 8.537, como puede también ser encontrado directo dividiendo la densidad del vapor acuoso 0.625 (de Gay-Lussac) por la densidad del hidrógeno 0.0732. Esta masa diferencia solamente a partir del 7, de que asignada a ella por Dalton, por la diferencia en los valores para la composición del agua; de modo que a este respecto el resultado de Dalton esté aproximadamente correcto de la combinación de dos errores de compensación, - el error en la masa de la molécula del oxígeno, y su negligencia de la división de la molécula.

Dalton supone que en gas nitroso la combinación de nitrógeno y de oxígeno es molécula a la molécula; hemos visto en nuestra hipótesis que éste es realmente el caso. Así Dalton habría encontrado la misma masa molecular para el nitrógeno que tenemos, siempre suponiendo que del hidrógeno para ser unidad, si él no había precisado de un diverso valor para el del oxígeno, y si él había tomado exacto el mismo valor para las cantidades de los elementos en gas nitroso por peso. Pero cerca suponiendo la molécula del oxígeno para ser menos que medios qué encontramos, lo han obligado a hacer eso del nitrógeno también igual menos que mitad del valor que le hemos asignado, viz, 5 en vez de 13. En lo que concierne a la molécula del gas nitroso sí mismo, su negligencia de la división de la molécula otra vez hace su acercamiento del resultado los nuestros; él tiene hecho él 6 + 5 = 11, mientras que según nosotros él es sobre (15 + 13)/2 = 14, o más exactamente (15.074 + 13.238)/2 = 14.156, como también encontramos dividiendo 1.03636, la densidad del gas nitroso según de Gay-Lussac, por 0.07321. Dalton ha fijado además de manera semejante como los hechos nos han dado, el número relativo de moléculas en óxido nitroso y en ácido nítrico, y en el primer caso la misma circunstancia ha rectificado su resultado para la magnitud de la molécula. Él le hace 6 + 2 x 5 = 16, mientras que según nuestro método él debe ser (15.074 + 2 x 13.238)/2 = 20.775, un número que también sea obtenido dividiendo 1.52092, valor de Gay-Lussac para la densidad del óxido nitroso, por la densidad del hidrógeno.

En el caso de amoníaco, la suposición de Dalton en cuanto a el número relativo de moléculas en su composición está en nuestra hipótesis enteramente culpable. Él supone el nitrógeno y el hidrógeno que se unirán en él molécula a la molécula, mientras que hemos visto que una molécula de nitrógeno une con tres moléculas de hidrógeno. Según él la molécula del amoníaco sería 5 + 1 = 6: según nosotros debe estar (13 + 3)/2 = 8, o más exactamente 8.119, como puede también ser deducido directo de la densidad del gas del amoníaco. La división de la molécula, que no entra en los cálculos de Dalton, corrige en parte en este caso también el error que resultaría de sus otras suposiciones.

Todos los compuestos que acabamos de discutir son producidos por la unión de una molécula de uno de los componentes con uno o más moléculas del otro. En ácido nitroso tenemos otro compuesto de dos de las sustancias habladas ya de, en las cuales los términos del cociente entre el número de moléculas ambos diferencian de la unidad. De experimentos de Gay-Lussac, aparece que este ácido es formado a partir de 1 porción por el volumen de oxígeno y los 3 de gas nitroso, o, qué viene a la misma cosa, de 3 porciones de nitrógeno y 5 de oxígeno; de dónde seguiría, en nuestra hipótesis, que sus moléculas se deben componer de 3 moléculas de nitrógeno y 5 de oxígeno, dejando la posibilidad de la división de cuenta. Pero este modo de combinación se puede referir las formas más simples precedentes considerándola como resultado de la unión de 1 molécula de oxígeno con 3 de gas nitroso, es decir con 3 moléculas, cada uno integrado por una mitad-molécula del oxígeno y una mitad-molécula del nitrógeno, que incluye así ya la división de algunas de las moléculas del oxígeno que entran en la del ácido nitroso. No suponiendo allí para ser ninguna otra división, la masa de esta última molécula 57.542, que de hidrógeno que es tomado como unidad, y la densidad del gas ácido nitroso ser 4.21267, la densidad del aire que era tomado como unidad. Pero es probable que hay por lo menos otra división en dos, y por lo tanto una reducción de la densidad a la mitad: debemos esperar hasta que esta densidad haya sido determinada por el experimento. ….

VIII.

Habrá estado en el general comentado en la lectura de esta memoria que hay muchos puntos del acuerdo entre nuestros resultados especiales y los de Dalton, aunque precisáramos de un principio general, y consideraciones del detalle ha dirigido a Dalton solamente. Este acuerdo está una discusión a favor de nuestra hipótesis, que está en la parte inferior simplemente el sistema de Dalton equipado con los nuevos medios de la precisión de la conexión que hemos encontrado entre ella y el hecho general establecido por el M. de Gay-Lussac. El sistema de Dalton supone que los compuestos están hechos en general en proporciones fijas, y esto es lo que demuestra el experimento con respecto a los compuestos más estables y a ésos más interesantes al químico. Aparecería que es solamente las combinaciones de esta clase que pueden ocurrir entre los gases, a causa del tamaño enorme de las moléculas que resultarían de los cocientes expresados por números más grandes, a pesar de la división de las moléculas, que está en toda la probabilidad confinada dentro de límites estrechos. Percibimos que el embalaje cercano de las moléculas en sólidos y en líquidos, que se va solamente entre las distancias integrales de las moléculas de la misma orden que ésos entre las moléculas elementales, puede dar lugar a cocientes más complicados, e incluso a las combinaciones en todas las proporciones; pero estos compuestos serán tan hablar de un diverso tipo de los a las cuales nos hemos referido, y esta distinción puede servir reconciliar ideas del M. Berthollet en cuanto a compuestos con la teoría de proporciones fijas.


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