Teoría atómica de Dalton

La teoría atómica de Dalton fue el primer intento completo de describir toda la materia en términos de átomos y sus propiedades

Antecedentes

A finales del siglo XVIII, surgieron dos leyes sobre las reacciones químicas sin referirse a la noción de una teoría atómica. La primera era la ley de conservación de la masa, estrechamente asociada a la obra de Antoine Lavoisier, que establece que la masa total en una reacción química permanece constante (es decir, los reactivos tienen la misma masa que los productos) La segunda era la ley de las proporciones definidas. Establecida por primera vez por el químico francés Joseph Louis Proust en 1799, esta ley establece que, si un compuesto se descompone en sus elementos químicos constituyentes, las masas de los constituyentes tendrán siempre las mismas proporciones en peso, independientemente de la cantidad o la procedencia de la sustancia original.

Teoría atómica de Dalton

John Dalton estudió y amplió este trabajo anterior y defendió una nueva idea, conocida más tarde como la ley de las proporciones múltiples: si los mismos dos elementos pueden combinarse para formar varios compuestos diferentes, entonces las proporciones de las masas de los dos elementos en sus diversos compuestos estarán representadas por pequeños números enteros. Esta es una pauta común en las reacciones químicas que fue observada por Dalton y otros químicos de la época. El propio Dalton descubrió que el oxígeno se combinará con una cierta cantidad de gas nitroso para formar ácido nítrico, o el doble de esa cantidad para formar ácido nitroso, una proporción de 1:2. Joseph Proust descubrió que 100 partes de hierro se combinarán con 28 o 42 partes de oxígeno (una proporción de 2:3); y que 119 partes de estaño se combinarán con 16 o 32 partes de oxígeno (una proporción de 1:2). Dalton encontró que una teoría atómica de la materia podía explicar elegantemente este patrón, así como la ley de Proust de proporciones definidas. En el caso de los óxidos de estaño de Proust, un átomo de estaño se combinará con uno o dos átomos de oxígeno para formar el primer o el segundo óxido de estaño.

Dalton creía que la teoría atómica también podía explicar por qué el agua absorbía diferentes gases en diferentes proporciones; por ejemplo, descubrió que el agua absorbía el dióxido de carbono mucho mejor que el nitrógeno. Dalton planteó la hipótesis de que esto se debía a las diferencias de masa y complejidad de las respectivas partículas de los gases. De hecho, las moléculas de dióxido de carbono (CO2) son más pesadas y grandes que las de nitrógeno.

Dalton propuso que cada elemento químico está compuesto por átomos de un tipo único y singular, y aunque no pueden ser alterados o destruidos por medios químicos, pueden combinarse para formar estructuras más complejas (compuestos químicos). Esto marcó la primera teoría verdaderamente científica del átomo, ya que Dalton llegó a sus conclusiones mediante la experimentación y el examen de los resultados de manera empírica.

Presentacion de las ideas de Dalton

En 1803 Dalton presentó oralmente su primera lista de pesos atómicos relativos para varias sustancias. Este trabajo fue publicado en 1805, pero no discutió allí exactamente cómo obtuvo estas cifras. El método fue revelado por primera vez en 1807 por su conocido Thomas Thomson, en la tercera edición del libro de texto de Thomson, Un Sistema de Química. Finalmente, Dalton publicó un informe completo en su propio libro de texto, Un Nuevo Sistema de Filosofía Química, 1808 y 1810.

Dalton estimó los pesos atómicos de acuerdo con las relaciones de masa en las que se combinaban, con el átomo de hidrógeno tomado como unidad. Sin embargo, Dalton no concibió que con algunos elementos los átomos existen en moléculas, por ejemplo, el oxígeno puro existe como O2. También creyó erróneamente que el compuesto más simple entre dos elementos cualesquiera es siempre un átomo de cada uno (por lo que pensó que el agua era HO, no H2O).

Diversos átomos y moléculas, tal como se describen en A New System of Chemical Philosophy (1808) de John Dalton.
Diversos átomos y moléculas, tal como se describen en A New System of Chemical Philosophy (1808) de John Dalton.

Esto, además de la crudeza de su equipo, falseó sus resultados. Por ejemplo, en 1803 creía que los átomos de oxígeno eran 5,5 veces más pesados que los átomos de hidrógeno, porque en el agua medía 5,5 gramos de oxígeno por cada 1 gramo de hidrógeno y creía que la fórmula del agua era HO. Adoptando mejores datos, en 1806 llegó a la conclusión de que el peso atómico del oxígeno debe ser en realidad 7 en lugar de 5,5, y mantuvo este peso durante el resto de su vida. Otros en ese momento ya habían concluido que el átomo de oxígeno debe pesar 8 en relación con el hidrógeno es igual a 1, si se asume la fórmula de Dalton para la molécula de agua (HO), o 16 si se asume la fórmula moderna del agua (H2O).

Postulados de Dalton

Dalton postuló su teoría formulando una serie de enunciados simples:

  1. La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos, que son indivisibles y no se pueden destruir.
  2. Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen la misma masa e iguales propiedades. Los átomos de diferentes elementos tienen masa diferente. Comparando la masa de los elementos con los del hidrógeno tomado como la unidad, propuso el concepto de peso atómico relativo.
  3. Los átomos permanecen sin división, aun cuando se combinen en las reacciones químicas.
  4. Los átomos, al combinarse para formar compuestos, guardan relaciones simples de números enteros y pequeños.
  5. Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un compuesto.
  6. Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos o más elementos.
  7. Estos átomos no se pueden dividir ni romper, no se crean ni se destruyen en ninguna reacción química, y nunca cambian.
  8. Los átomos pueden combinarse para formar compuestos químicos. Por ejemplo: los átomos de hidrógeno y oxígeno pueden combinarse y formar moléculas de agua (H2O).
  9. Los átomos se combinan para formar compuestos en relaciones numéricas simples. Por ejemplo: al formarse agua, la relación es de 2 a 1 (dos átomos de hidrógeno con un átomo de oxígeno).
  10. Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un compuesto. Por ejemplo: un átomo de carbono con uno de oxígeno forma monóxido de carbono (CO), mientras que dos átomos de oxígeno con uno de carbono forman dióxido de carbono (CO2).

Para más información Dalton’s atomic theory (article) | Khan Academy