En química , la ley de proporciones definidas , a veces llamada ley de Proust o ley de composición constante , establece que un compuesto químico dado siempre contiene sus elementos componentes en una proporción fija (en masa) y no depende de su fuente y 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 de la masa: la masa de dos elementos en un compuesto siempre está en la misma proporción. Junto con la ley de proporciones múltiples , la ley de proporciones definidas forma la base de la estequiometría . [1]
La ley de la proporción definida fue formulada por Joseph Proust en la ciudad española de Segovia en 1797. [2] Esta observación fue hecha por primera vez por el teólogo y químico inglés Joseph Priestley y Antoine Lavoisier , un noble y químico francés centrado en el proceso de combustión. Así es como Proust formuló la ley en 1794. [3]
Concluiré deduciendo de estos experimentos el principio que establecí al comienzo 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 aspecto no difiere del estaño, el mercurio y el plomo y, en una palabra, de casi todos los combustibles conocidos.
— Joseph L. Proust, Recherches sur le bleu de Prusse, Journal de Physique...
La ley de proporciones definidas puede parecer obvia para el químico moderno, inherente a la propia definición de compuesto químico. Sin embargo, a finales del siglo XVIII, cuando el concepto de compuesto químico aún no se había desarrollado por completo, la ley era novedosa. De hecho, cuando se propuso por primera vez, fue una afirmación controvertida y fue rechazada por otros químicos, en particular el compatriota de Proust, Claude Louis Berthollet , quien sostenía que los elementos podían combinarse en cualquier proporción. [4] La existencia de este debate demuestra que, en ese momento, la distinción entre compuestos químicos puros y mezclas aún no se había desarrollado por completo. [5]
La ley de proporciones definidas contribuyó a la teoría atómica que John Dalton promovió a partir de 1803 y que le dio una base teórica firme, y que explicaba que la materia estaba formada por átomos discretos , que había un tipo de átomo para cada elemento y que los compuestos estaban hechos de combinaciones de diferentes tipos de átomos en proporciones fijas. [6]
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 general de que las masas atómicas eran múltiplos enteros de la masa del hidrógeno. Esta hipótesis fue rechazada más tarde en las décadas de 1820 y 1830 después de mediciones más refinadas de la masa atómica, en particular por Jöns Jacob Berzelius , que reveló en particular que la masa atómica del cloro era 35,45, lo que 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, [7] siendo significativamente menor el defecto de masa causado por las diferentes energías de enlace .
Aunque es muy útil en los fundamentos de la química moderna, la ley de 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 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 contener entre un 23% y un 25% de oxígeno en masa. La fórmula ideal es Fe2O3, pero debido a las vacantes cristalográficas es aproximadamente Fe2O3 . 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 de un compuesto estequiométrico puro puede variar. Esta variación se utiliza en la datación radiométrica , ya que los procesos astronómicos , atmosféricos , oceánicos , de la corteza y de las profundidades terrestres pueden concentrar algunos isótopos ambientales de forma preferente. Con la excepción del hidrógeno y sus isótopos, el efecto suele ser pequeño, pero se puede medir con la instrumentación moderna.
Muchos polímeros naturales varían en su composición (por ejemplo, el ADN , las proteínas , los carbohidratos ) incluso cuando son "puros". Los polímeros generalmente no se consideran "compuestos químicos puros" excepto cuando su peso molecular es uniforme (monodisperso) y su estequiometría es constante. En este caso inusual, aún pueden violar la ley debido a las variaciones isotópicas.