La ley de sustitución puede deducirse a partir de principios mecánicos si se concibe la molécula como un sistema de átomos elementales que se encuentran en un determinado equilibrio químico y mecánico. Si comparamos la molécula con un sistema de cuerpos en estado de movimiento —por ejemplo, con la suma total del sol, los planetas y los satélites, existentes en condiciones de equilibrio móvil—, cabría esperar entonces que la acción de una parte en este sistema sea igual y opuesta a la otra, de acuerdo con la tercera ley de la mecánica de Newton. Por consiguiente, dada la molécula de un compuesto, por ejemplo, H 2 O, NH 3 , NaCl, HCl, etc., cada dos partes de la misma deben representar, en un sentido químico, dos elementos algo similares en fuerza y propiedades, y por lo tanto cada dos partes en las que pueda dividirse la molécula de un compuesto son capaces de reemplazarse mutuamente . Para que la aplicación de la ley resulte clara, es evidente que entre los compuestos se deben elegir los más estables. Por lo tanto, tomaremos el ácido clorhídrico y el agua como los compuestos más estables del hidrógeno. De acuerdo con la ley de sustitución anterior, si los elementos H y Cl son capaces de formar una molécula, HCl, y esta es estable, son capaces de reemplazarse el uno al otro. Y, en efecto, veremos más adelante (capítulo XI) que en gran cantidad de casos puede tener lugar una sustitución entre el hidrógeno y el cloro. Dado RH, entonces RCl es posible, porque el HCl existe y es estable. La molécula de agua, H 2 O, puede dividirse de dos maneras, dado que contiene 3 átomos: en H y (HO) por un lado, y en H 2 y O por el otro. En consecuencia, dado RH, sus productos de sustitución serán R(HO) según la primera forma, y R 2 O según la segunda; dado RH 2 , sus productos de sustitución correspondientes serán RH(OH), R(OH) 2 , RO, (RH) 2 O, etc. El grupo (OH) es el mismo hidroxilo o radical acuoso que ya mencionamos en el tercer capítulo como parte componente de los hidróxidos y álcalis, por ejemplo, Na(OH), Ca(OH) 2 , etc. Es evidente, a juzgar por H(HO) y HCl, que el (OH) puede ser sustituido por Cl, debido a que ambos son reemplazables por H; y esto es de ocurrencia común en química, ya que los cloruros metálicos —por ejemplo, NaCl y NH 4 Cl— se corresponden con los hidróxidos de los álcalis Na(OH) o NH 4 (OH). En los hidrocarburos —por ejemplo, C 2 H 6 — el hidrógeno es reemplazable por cloro y por hidroxilo. Así, el alcohol común es C 2 H 6 , en el cual un átomo de H es reemplazado por (OH); es decir, C 2 H 5 (OH). Es evidente que el reemplazo del hidrógeno por hidroxilo constituye esencialmente el fenómeno de la oxidación, porque RH da R(OH), o RHO. El peróxido de hidrógeno puede considerarse en este sentido como agua en la cual el hidrógeno es reemplazado por hidroxilo; H(OH) da (OH) 2 o H 2 O 2 . La otra forma de sustitución —a saber, la del O en lugar del H 2 — es también un fenómeno químico común. Así, el alcohol, C 2 H 6 O, o C 2 H 5 (OH), al oxidarse en el aire, da ácido acético, C 2 H 4 O 2 , o C 2 H 3 O(OH), en el cual el H 2 es reemplazado por O.
En el curso posterior de este trabajo tendremos ocasión de referirnos a la ley de sustitución para explicar muchos fenómenos y relaciones químicas.
Aplicaremos ahora estas concepciones al amoníaco para ver su relación con los compuestos oxigenados del nitrógeno. Es evidente que a partir del amoníaco, NH 3 , o del amoníaco acuoso, NH 4 (OH), deberían poder obtenerse muchas sustancias sustituyendo su hidrógeno por hidroxilo, o el H 2 por oxígeno. Y tal es el caso. Los dos casos extremos de dicha sustitución serán los siguientes: