Ley de las proporciones definidas

En química , la ley de las proporciones definidas , a veces llamada ley de Proust o ley de la composición constante , establece que un compuesto químico dado contiene sus elementos constituyentes en una proporción fija (en masa) y no depende de su origen ni de su método de preparación. Por ejemplo, _el oxígeno constituye aproximadamente ^8/9 de la masa de cualquier muestra de agua pura , mientras que el hidrógeno constituye el 1/9 restante ^: la masa de dos elementos en un compuesto siempre está en la misma proporción. Junto con la _ley de las proporciones múltiples , la ley de las proporciones definidas constituye la base de la estequiometría . ^{[ 1 ]}

La ley de las proporciones definidas fue enunciada por Joseph Proust en 1797. ^{[ 2 ]}

Concluiré deduciendo de estos experimentos el principio que establecí al inicio de esta memoria, a saber, que el hierro, como muchos otros metales, está sujeto a la ley natural que rige toda combinación verdadera, es decir, que se une con dos proporciones constantes de oxígeno. En este sentido, no difiere del estaño, el mercurio y el plomo, y, en resumen, de casi todos los combustibles conocidos.

A finales del siglo XVIII, cuando el concepto de compuesto químico aún no estaba completamente desarrollado, la ley era novedosa. De hecho, cuando se propuso por primera vez, fue una afirmación controvertida y se opuso a ella otros químicos, en particular el también francés Claude Louis Berthollet , quien sostenía que los elementos podían combinarse en cualquier proporción. ^{[ 3 ]} La existencia de este debate demuestra que, en aquel entonces, la distinción entre compuestos químicos puros y mezclas aún no estaba completamente desarrollada. ^{[ 4 ]}

La ley de las proporciones definidas contribuyó a la teoría atómica que John Dalton promovió a partir de 1805, la cual explicaba que la materia estaba compuesta de átomos discretos , que existía un tipo de átomo para cada elemento y que los compuestos estaban formados por combinaciones de diferentes tipos de átomos en proporciones fijas. ^{[ 5 ]}

Una idea temprana relacionada fue la hipótesis de Prout , formulada por el químico inglés William Prout , quien propuso que el átomo de hidrógeno era la unidad atómica fundamental. De esta hipótesis se derivó la regla de los números enteros , que era la regla empírica de que las masas atómicas eran múltiplos enteros de la masa del hidrógeno. Esto fue rechazado posteriormente en las décadas de 1820 y 1830 tras mediciones más precisas de la masa atómica , en particular por Jöns Jacob Berzelius , que revelaron que la masa atómica del cloro era 35,45, lo cual era incompatible con la hipótesis. Desde la década de 1920, esta discrepancia se ha explicado por la presencia de isótopos; la masa atómica de cualquier isótopo está muy cerca de satisfacer la regla de los números enteros, ^{[ 6 ]} siendo el defecto de masa causado por las diferentes energías de enlace significativamente menor.

Aunque muy útil en los fundamentos de la química moderna, la ley de las proporciones definidas no es universalmente cierta. Existen compuestos no estequiométricos cuya composición elemental puede variar de una muestra a otra. Dichos compuestos siguen la ley de las proporciones múltiples. Un ejemplo es el óxido de hierro wüstita , que puede contener entre 0,83 y 0,95 átomos de hierro por cada átomo de oxígeno, y por lo tanto, entre un 23 % y un 25 % de oxígeno en masa. La fórmula ideal es FeO, pero es aproximadamente Fe _0,95 O debido a vacantes cristalográficas. En general, las mediciones de Proust no fueron lo suficientemente precisas como para detectar tales variaciones.

Además, la composición isotópica de un elemento puede variar según su origen, por lo que su contribución a la masa, incluso de un compuesto estequiométrico puro, puede variar. Esta variación se utiliza en la datación radiométrica, ya que los procesos astronómicos , atmosféricos , oceánicos , corticales y de las profundidades terrestres pueden concentrar preferentemente algunos isótopos ambientales . Excepto en el caso del hidrógeno y sus isótopos, el efecto suele ser pequeño, pero se puede medir con la instrumentación actual.

Muchos polímeros naturales varían en su composición (por ejemplo, el ADN , las proteínas y los carbohidratos ), incluso cuando son "puros". Generalmente, los polímeros no se consideran "compuestos químicos puros" excepto cuando su peso molecular es uniforme (monodisperso) y su estequiometría es constante.