INFORME SOBRE LAS COMBINACIONES DE SUSTANCIAS GASEOSAS

Por : José Luis Gay Lussac (1778-1850)

Todas las substancias, no importa el estado en que se en¬cuentren (sólido, liquido a gaseoso), poseen propiedades que son independientes de la fuerza de cohesión; pero también poseen otras, aparentemente modificadas por esta fuerza (tan variable en su intensidad) y que no obedecen a ninguna ley co¬nocida. La misma presión ejercida sobre todas las substan¬cias, sólidas o líquidas, produciría una disminución en volumen diferente en cada caso, mientras que para todos los fluidos elás¬ticos la disminución en volumen sería la misma. De igual ma¬nera tenemos que el calor dilata todas las substancias; pero la dilatación de los líquidos y de los sólidos no presenta ningu¬na regularidad, y es sólo en el caso de los fluidos elásticos que la dilatación es siempre igual e independiente de la naturaleza de cada gas. La atracción entre las moléculas de substancias líquidas y sólidas es, por lo tanto, la causa que modifica sus propiedades especiales, y así vemos que es solo cuando esa atracción desaparece por completo, como en el caso de los gases, que cuerpos bajo condiciones similares obedecen leyes sencillas y regulares. Espero, por medio de esto, dar prueba de una idea que ya ha sido propuesta par varios químicos dis¬tinguidos. Quizá no estemos lejos del día en que podamos so¬meter la mayoría de los fenómenos químicos a cálculos mate¬máticos.

De la razón exacta de 100 volúmenes de oxígeno y 200 volú¬menes de hidrógeno que Humboldt y yo determinamos en la composición del agua, sospeché que otros gases también po-drían combinarse en razones volumétricas sencillas, y, por lo tanto, hice los siguientes experimentos. Preparé gas fluobórico, gas muriático y gas carbónico e hice que cada uno de ellos se combinara con amoníaco gaseoso. Encontré que la sal que se formó del gas muriático era perfectamente neutra y estaba formada de volúmenes iguales de ambos gases, aunque uno u otro de los gases estuviera en exceso. Por el contrario, el gas fluobórico se une con el amoníaco gaseoso en dos proporciones distintas. Cuando el ácido en estado gaseoso se echa en el tubo calibrado y luego se añade el amoníaco gaseoso, se encuentra que volúmenes iguales de ambos se condensan y se forma una sal neutra. Pero si empezamos poniendo primero el amoníaco gaseoso en el tubo calibrado y luego agregamos el gas fluobórico en pequeñas burbujas, resultará una sal con exceso de base, compuesta de 100 partes de gas fluobórico y 200 partes de amoníaco gaseoso (sub-sal).
Si ponemos gas carbónico en contacto con amoníaco gaseoso, añadiéndolo al tubo unas veces antes y otras veces después del amoníaco, siempre se formará un sub¬carbonato compuesto de 100 partes de gas carbónico y 200 par¬tes de amoníaco gaseoso. Por otro lado, podría probarse que el carbonato neutro de amoníaco está compuesto de volúmenes iguales de cada uno de estos componentes. Berthollet, quien analizó esta sal obtenida al pasar gas carbónico por el sub-carbonato, encontró que estaba compuesta de 73.34 partes por peso de gas carbónico y 26.66 partes por peso de amoníaco gaseoso. Ahora, si suponemos que está compuesta de volú¬menes iguales de sus componentes, y conocemos los pesos es¬pecíficos de dichos componentes, encontraremos1 que su corn¬posición por peso es:

71.81 de ácido carbónico
28.19 de amoniaco gaseoso
100.00

una proporción que difiere sólo ligeramente de la anterior.
Así también podemos concluir que los ácidos muriático, fluo¬bórico y carbónico necesitan exactamente un volumen igual de gas amoniacal para formar sales neutras, y que los últimos dos gases necesitan el doble de su volumen de gas amoniacal para formar sub-sales. Es sorprendente ver que ácidos tan diferentes neutralicen un volumen de gas amoniacal igual al suyo propio; y de esto podemos sospechar que si todos los ácidos y todos los álcalis se pudieran obtener en el estado gaseoso, al combinar igua¬les volúmenes del ácido y del álcali obtendríamos siempre una neutralización (sal neutra).
No es menos sorprendente que, al obtener una sub-sal o una sal neutra, sus elementos se combinen en razones simples por volumen, las cuales podrían considerarse como límites de las razones por volumen obtenidas por la experimentación. De la misma manera, si aceptamos el peso específico del ácido muriá¬tico que Biot y yo determinamos, y el de los gases carbónico y amoniacal que Biot y Arago obtuvieron, encontramos que el muriato de amonio seco está compuesto de:

100 partes por peso de amoniaco, o sea,38.35%
160.7 partes por peso de ácido muriático, o sea, 61.65 %
100.0

una proporción muy distinta de la que encontró Berthollet:

100 partes por peso de amoníaco,
213 partes por peso de ácido muriático.

De la misma manera encontramos que el sub-carbonato de amoniaco contiene:

100 partes por peso de amoniaco, o sea, 43.98 %
127.3 partes por peso de ácido carbónico, o sea, 56.02 %
100.0
y el carbonato neutro.

100 partes por peso de amoniaco, o sea, 28.19 %
254.6 partes por peso de ácido carbónico, o sea, 71.81 %
100.00

Ya podríamos concluir que los gases al combinarse guardan entre sí razones muy simples, pero prefiero dar más pruebas.
De acuerdo con los experimentos de Berthollet, el amoniaco se compone de:
100 partes (por volumen) de nitrógeno y de
300 partes (por volumen) de hidrógeno.
He demostrado (primer volumen de los Anales de la “Société d’Arcueil”) que el ácido sulfúrico se compone de:
100 partes por volumen de gas sulfuroso, y de
50 partes por volumen de oxígeno gaseoso.
Cuando una mezcla de 50 partes de oxígeno y 100 de óxido carbónico se inflama, los dos gases se destruyen, y 100 partes de ácido carbónico gaseoso toman su lugar. Por consiguiente, se puede considerar que el ácido carbónico se compone de:
50 partes por volumen de oxígeno y de
100 partes por volumen de óxido carbónico.
Al analizar varios compuestos de nitrógeno con oxígeno, Davy encontró las siguientes razones por peso:

Nitrógeno Oxígeno
Oxido nitroso 63.30 36.70
Gas nitroso 44.05 55.95
Acido nítrico 29.50 70.50

Reduciendo estas razones a razones volumétricas, encontramos:

Nitrógeno Oxígeno
Oxido nitroso 100 49.5
Gas nitroso 100 108.9
Acido nítrico 100 204.7

La primera y última de estas razones difieren sólo ligeramente de las de 100 a 50 y 100 a 200; es sólo la segunda la que difiere algo de la de 100 a 100. La diferencia, sin embargo, no es muy grande, y es la que podríamos esperar en experimentos de esta clase; me he cerciorado de que, realmente, es nula. Al quemar la nueva substancia combustible obtenida de la potasa, en 100 partes por volumen del gas nitroso sobraban exactamente 50 partes por volumen de nitrógeno, cuyo peso restado del peso del gas nitroso (determinado con gran cuidado por M. Bérard, en Arcueil) daba como resultado que el gas nitroso se componía de partes iguales por volumen de nitrógeno y oxígeno.
Podríamos nosotros entonces admitir los siguientes números para las proporciones por volumen de los componentes de nitró¬geno con oxígeno:

Nitrógeno Oxígeno
Oxido nitroso 100 50
Gas nitroso 100 100
Acido nítrico 100 200

Como resultado de mis experimentos, que difieren muy poco de los de Chénuix, determiné que la composición por peso de ácido muriático oxigenado es:

Oxígeno 22.92
Acido muriático 77.08

Convirtiendo estas cantidades a volúmenes, encontramos que el ácido muriático oxigenado está compuesto de:

Oxígeno 103.2
Gas muriático 300

una proporción muy parecida a la de:

Oxígeno 100
Gas muriático 300

Por lo tanto, me parece evidente que cuando los gases se combinan lo hacen siempre en las proporciones más simples por volumen; y hemos visto, en realidad, en todos los ejemplos anteriores, que las razones de combinación son 1 a 1, 1 a 2, 1 a 3. Es muy importante observar que los pesos de los elementos de cualquier compuesto en particular no guardan una razón simple y finita; es sólo cuando hay un segundo com¬puesto de los mismos elementos, que la nueva proporción del elemento que ha sido añadido resulta ser un múltiplo de la pri¬mera cantidad. Los gases, por el contrario, en cualesquiera pro¬porciones en que puedan combinarse, siempre dan origen a com¬puestos cuyos elementos son múltiplos unos de otros por volumen.
No sólo se combinan los gases en proporciones sencillas, como acabanos de ver sino que la aparente contracción de vo¬lumen que sufren al combinarse tiene también una relación simple respecto del volumen de los gases o por lo menos de uno de ellos.
Ya he dicho, de acuerdo con Berthollet, que 100 partes de óxido carbónico gaseoso (preparado por medio de la destilación del óxido de zinc con carbón fuertemente calcinado) se combinan con 50 partes de oxígeno para producir 100 partes de gas car¬bónico. Vemos aquí que la contracción aparente de los dos gases es precisamente igual al volumen de oxígeno añadido.
El amoníaco gaseoso se compone de tres partes por volumen de hidrógeno y una de nitrógeno, y su peso específico con rela¬ción al aire es 0.596. Pero si suponemos que la contracción apa¬rente que sufrirá es la mitad del volumen total, encontramos que su peso específico debería ser 0.594. Por lo cual queda probado que la contracción aparente de sus elementos es precisamente la mitad del volumen total, o sea, el doble del volumen de nitró¬geno.
Observamos entonces de estos ejemplos que la contracción que dos gases experimentan al combinarse está en relación casi exacta con sus volúmenes o con el volumen de uno de ellos. Sólo existen diferencias muy pequeñas entre las densidades de los com¬puestos obtenidos mediante cómputos y las obtenidas mediante experimentación; y es probable que al iniciar nuevas investigacio¬nes veamos estas discrepancias desaparecer por completo.
Recordando la gran “Ley de Afinidad Química”, de que toda combinación implica una aproximación de las moléculas, es difícil concebir por qué el óxido carbónico gaseoso es más liviano (menos denso) que el oxígeno. En verdad, esta es la razón prin¬cipal que ha llevado a Berthollet a suponer la existencia de hidrógeno en este gas y así explicar su escasa densidad. pero me parece que la dificultad estriba en suponer que la aproximación de las rnoléculas se representa en los gases por la disminución de volumen que sufren al combinarse. Esta suposición no es siempre cierta, y podríamos citar varias combinaciones de gases en las cuales, al acercar las moléculas que las componen, no sólo no hay una disminución en el volumen, sino que ocurre una dilatación. Tal es el caso del gas nitroso, dependiendo de si lo consideramos formado directamente de nitrógeno y oxígeno o de óxido nitroso y oxígeno. En el primer caso no hay disminución del volumen, y en el segundo habría una dilatación, pues 100 partes por volu¬men de óxido nitroso y 50 de oxígeno producirían 200 de gas nitroso.
He demostrado en estas Memorias que los compuestos formados por substancias gaseosas guardan siempre razones por vo¬lumen muy simples entre sí, de tal manera que si representamos uno de los volúmenes en términos de unidad, el otro vendrá a ser 1, 2 o, a lo sumo, 3. Estas razones por volumen no se obser¬van entre substancias sólidas o líquidas, ni cuando consideramos pesos, y nos prueban de que es sólo en el estado gaseoso que las substancias están en circunstancias similares y obedecen leyes regulares. Es sorprendente ver que el amoniaco gaseoso neutra¬liza su propio volumen de ácido en el estado gaseoso, y es pro¬bable que si todos los ácidos y los álcalis estuvieran en el estado elástico, todos se combinarían en volúmenes iguales para producir sales neutras. La capacidad de saturación de ácidos y álcalis medida por volúmenes sería entonces la misma, y ésta quizás sería la forma verdadera de determinarla. La contracción aparente de volumen que sufren los gases al combinarse está también relacio¬nada con el volumen de, por lo menos, uno de ellos, y esta pro¬piedad es de igual manera peculiar a todas las substancias ga¬seosas.