LEIS PONDERAIS E CONTINUIDADE

LEIS PONDERAIS E CONTINUIDADE

Pretende-se, agora, mostrar que as leis em que se fundamenta a química permitem a passagem do Modelo II para o Modelo III. Para isto, inicialmente as próprias leis fundamentais serão comentadas. São elas as conhecidas leis de Lavoisier (para uma reação química que ocorre em um sistema fechado, a massa dos produtos é igual à soma das massas dos reagentes) Proust (um dado composto contém seus elementos constituintes em uma dada proporção), Gay-Lussac (numa reação de elementos no estado gasoso, os volumes dos reagentes e dos produtos, nas mesmas condições de pressão e temperatura, estão entre si como pequenos números inteiros) e Avogadro (volumes iguais de todos os gases, nas mesmas condições físicas, contêm o mesmo número de moléculas).

Avogadro partiu das observações de Gay-Lussac, mas considerou que as moléculas, no estado gasoso, em média estão distantes o suficiente para que as forças de interação entre elas sejam desprezadas. Portanto, nas mesmas condições de temperatura e pressão, a distância média entre as moléculas seria a mesma para qualquer gás, logo o volume só dependeria da quantidade de moléculas. Tanto para a lei de Avogadro, quanto para a teoria atômica de Dalton, é uma premissa a matéria ser descontínua e formada por partículas indivisíveis. Porém, na teoria atômica de Dalton a premissa é o átomo, sendo o composto formado pela combinação de átomos de elementos diferentes, numa proporção de números inteiros (para o composto, Dalton não utiliza o termo molécula). Avogadro introduz o conceito de molécula, podendo esta ser formada por átomos do mesmo elemento ou de elementos diferentes, sempre numa proporção de números inteiros.

As leis de Lavoisier, Proust e Gay-Lussac não exigem o conhecimento das estruturas das substâncias, logo não exigem que a matéria seja descontínua e formada por moléculas indivisíveis, com uma proporção bem definida de átomos. Por exemplo, considere que duas substâncias simples A₂ e B₂ , com massas moleculares respectivamente nos valores de 10 e 30 u, reajam de acordo com a equação química:

A₂ + 2B₂ → 2AB₂

Para verificar a validade das três leis para esta reação, basta apenas notar que a equação química mostra que 1 g de A₂ reage com 6 g de B₂ formando 7 g do composto (no caso da proporção em volume, 1 L de A₂ reage com 2 L de B₂ formando 2 L do composto AB₂).

Porém, a lei de Avogadro parte da premissa de que a matéria é constituída de moléculas e, portanto, que a matéria, além de ser descontínua, contém átomos que se agrupam em moléculas. Para a mesma reação e substâncias do exemplo, considere que estas sejam conjuntos de átomos, os quais não se agrupem em moléculas. Logo, suponha que as substâncias simples tenham apenas átomos de A ou de B, enquanto que o composto seja constituído por átomos de A e B, na proporção de dois átomos de B para cada átomo de A. Para reagentes e produtos nas mesmas condições de pressão e temperatura, a lei de Avogadro não seria observada se, no seu enunciado, a palavra "moléculas" fosse substituída por "átomos", uma vez que a proporção atômica é 1:2:3, enquanto que a proporção volumétrica é 1:2:2. Mas as leis de Lavoisier, Proust, Gay-Lussac e Avogadro serão obedecidas se o conceito de molécula for usado.

O método de determinação das massas atômicas de Cannizzaro é fundamentado na idéia de que a molécula precisa conter um número inteiro de átomos de cada elemento que a constitui. Assim, a massa molecular deve ser a soma de múltiplos inteiros das massas atômicas dos elementos que formam a substância. Partindo da lei de Avogadro, considerando que a massa molecular do gás hidrogênio seja 2u e conhecendo a composição em massa de várias substâncias, Cannizzaro fez uma série de medidas e obteve as massas moleculares relativas para uma quantidade de compostos gasosos. Por exemplo, para compostos oxigenados foram determinadas massas relativas de oxigênio, obtendo-se, entre outros, os seguintes valores:

Todos os valores obtidos para a massa relativa de oxigênio são múltiplos de 16 e, como a premissa é que na molécula existem números inteiros de átomos, a massa atômica do oxigênio só pode ser 16 (em nenhum composto oxigenado a massa relativa de oxigênio é, apenas, múltiplo de 2, 4 ou 8).

No método de Cannizzaro, assim como na comprovação das leis de Lavoisier, Proust, Gay-Lussac e Avogadro, todos os valores são calculados a partir de observações macroscópicas, especialmente observações de massas e volumes. Ao se fazer, conforme proposto na seção anterior, com que m e v diminuam na mesma proporção do aumento de N, pode permanecer inalterada a validade das quatro leis e do método de Cannizzaro, tanto em relação ao aumento finito de N quanto em relação à sua extrapolação para infinitas moléculas, cada uma delas com massa e volume nulos. A anterior apresentação claramente indica que isto ocorrerá sempre que, ao se passar do Modelo II para o Modelo III, forem mantidas as proporções entre os números de moléculas de todas as espécies químicas presentes.