Les lleis fonamentals de la química són principis clau que expliquen com es comporten els elements i els compostos durant les reaccions químiques. Aquestes lleis ajuden a entendre les relacions entre les quantitats de substàncies que participen en una reacció i com es transformen aquestes substàncies.
Inclouen conceptes com la conservació de la massa, que indica que la massa total dels reactius és igual a la dels productes; i la llei de les proporcions definides, que estableix que els compostos químics sempre tenen la mateixa composició en termes de massa dels elements. Altres principis, com les proporcions múltiples i recíproques, descriuen com els elements es combinen en diferents formes i proporcions.
Conèixer i saber aplicar aquestes lleis permet predir i analitzar com ocorren les reaccions químiques i com es poden manipular en aplicacions pràctiques i industrials.
Les lleis de la química es poden classificar en diverses categories segons el tipus de principis que descriuen. Una classificació bàsica podria ser la següent:
- Lleis ponderals: Aquestes lleis se centren en les relacions de massa durant les reaccions químiques.
- Lleis gasoses: expliquen el comportament dels gasos en funció de variables com pressió, volum i temperatura.
- Lleis d'energia: tracten sobre la conservació i la transformació de l'energia en els processos químics.
- Lleis termodinàmiques: Aquestes lleis aborden l'energia i les transformacions relacionades amb els sistemes químics.
- Lleis dequilibri químic: Aquestes lleis tracten sobre les condicions en què les reaccions químiques assoleixen un estat dequilibri.
A continuació vegem algunes de les lleis més importants de la química:
Llei de conservació de la massa
La llei de conservació de la massa estableix que en una reacció química, la massa total dels reactius és igual a la massa total dels productes. En altres paraules, la massa no es crea ni es destrueix durant una reacció química; simplement es transforma duna forma a una altra.
Aquest principi garanteix que els càlculs de les quantitats de reactius i productes siguin necessaris. Per exemple, si en una reacció química es fan servir 10 grams de reactius, s'obtindran 10 grams de productes, encara que aquests productes puguin estar en diferents formes o combinacions.
Aquesta llei constitueix un dels principis més fonamentals en química i va ser formulada pel químic francès Antoine Lavoisier a finals del segle XVIII.
Per demostrar aquesta llei, Lavoisier va realitzar experiments precisos i curosos. Un dels experiments més famosos involucrava la combustió de metalls en un recipient tancat. Lavoisier va pesar el metall abans i després de la combustió, i també va mesurar l'oxigen necessari per a la reacció. Va trobar que l'augment de la massa de l'òxid resultant era igual a la suma de les masses del metall i de l'oxigen que havien reaccionat.
Llei de les proporcions definides
La llei de les proporcions definides , formulada per Joseph Proust a principis del segle XIX, estableix que un compost químic sempre està format pels mateixos elements en les mateixes proporcions de massa, sense importar-ne l'origen o la quantitat en què es produeixi.
Per exemple, l‟aigua (H₂O) sempre té una proporció de massa d‟aproximadament 8 parts d‟oxigen per cada 1 part d‟hidrogen, independentment de si es tracta d‟un got d‟aigua od‟un oceà sencer. Aquesta llei és fonamental per a la identificació de compostos químics i per a la predicció de com els elements es combinaran per formar compostos.
Usos i aplicacions
La llei de les proporcions definides té moltes aplicacions pràctiques a la química, especialment a la síntesi de compostos. Els químics utilitzen aquesta llei per preparar compostos amb una composició específica i predictible. Per exemple, quan es fabrica un medicament, és crucial que els ingredients actius estiguin presents en les proporcions correctes per garantir-ne l'efectivitat i la seguretat.
Llei de les proporcions múltiples
La llei de les proporcions múltiples , formulada per John Dalton, afirma que si dos elements poden formar més d'un compost, les diferents masses d'un dels elements que es combinen amb una massa fixa de l'altre element estan en una relació de nombres enters petits .
Un exemple clàssic d'aquesta llei és la relació entre el carboni i l'oxigen al monòxid de carboni (CO) i el diòxid de carboni (CO₂). Al monòxid de carboni, el carboni i l'oxigen estan en una relació d'1:1 en massa, mentre que al diòxid de carboni, la relació és d'1:2. Això vol dir que la massa de l'oxigen al CO₂ és el doble de la massa de l'oxigen al CO.
Importància
Aquesta llei permet entendre com els elements es poden combinar en diferents proporcions per formar compostos diferents. És essencial per a la formulació de productes químics i per a la comprensió de les reaccions de combinació i descomposició.
A més, aquesta llei va ser crucial en el desenvolupament de la teoria atòmica de Dalton, que postulava que els àtoms es combinen en proporcions fixes per formar compostos.
Llei de les proporcions recíproques
La llei de les proporcions recíproques , formulada per Jeremies Benjamí Richter, estableix que si dos elements es combinen amb un mateix element per formar diferents compostos, les proporcions d'aquests elements que es combinen entre si estan en una relació simple.
Exemples i aplicacions
Considerem els compostos formats entre l'hidrogen i l'oxigen: aigua (H₂O) i peròxid d'hidrogen (H₂O₂). A l'aigua, la proporció d'oxigen respecte a l'hidrogen és de 8 a 1 en massa, mentre que al peròxid d'hidrogen, aquesta proporció és de 16 a 1. La llei de les proporcions recíproques indica que les quantitats d'oxigen que reaccionen amb una quantitat fixa d'hidrogen en aquests compostos estan en una relació simple, cosa que és una indicació que aquests compostos tenen una relació específica entre si.
Aquesta llei es fa servir en la química analítica i per a la determinació de les fórmules empíriques dels compostos. Permet determinar les relacions entre diferents compostos de manera més acurada i comprendre com es relacionen entre si.
Llei dels gasos ideals
La llei dels gasos Ideals descriu el comportament dels gasos en termes de pressió (P), volum (V), temperatura (T) i nombre de mols (n).
L'equació que representa aquesta llei és P·V=n·R·T, on R és la constant dels gasos ideals.
La llei química dels gasos ideals es fa servir per entendre com es comporten els gasos sota diferents condicions de pressió, volum i temperatura. Per exemple, si un gas es troba en un recipient a certa pressió i temperatura, la llei permet predir com canviarà el volum del gas si es modifica la pressió o la temperatura.
Limitacions
Tot i que aquesta llei proporciona una bona aproximació per a molts gasos, en condicions extremes d'alta pressió o baixa temperatura, els gasos reals es poden comportar de manera diferent a causa de les forces intermoleculars i del volum de les molècules. En aquests casos, es fan servir equacions més complexes com l'equació de Van der Waals per descriure el comportament dels gasos.