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 ni del 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 proporción definida fue dada 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 formuló Proust la ley en 1794. [3]
Concluiré deduciendo de estos experimentos el principio que he establecido al comienzo de esta memoria, a saber. que el hierro, como muchos otros metales, está sujeto a la ley de la naturaleza que preside toda combinación verdadera, es decir, que se une con dos proporciones constantes de oxígeno. En este sentido no se diferencia 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 al químico moderno, inherente a la definición misma de compuesto químico. Sin embargo, 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 contó con la oposición de otros químicos, en particular el francés Claude Louis Berthollet , compañero de Proust , quien argumentó que los elementos podían combinarse en cualquier proporción. [4] La existencia de este debate demuestra que, en aquel momento, la distinción entre compuestos químicos puros y mezclas aún no estaba plenamente desarrollada. [5]
La ley de proporciones definidas contribuyó y fue colocada sobre una base teórica firme por la teoría atómica que John Dalton promovió a partir de 1803, que explicaba que la materia estaba compuesta de átomos discretos , que había un tipo de átomo para cada elemento, y que había un tipo de átomo para cada elemento. que los compuestos estaban formados por 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 de números enteros de la masa del hidrógeno. Esto fue posteriormente rechazado en las décadas de 1820 y 1830 tras 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 explica 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 diferentes energías de enlace .
Aunque es muy útil en la base 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. Estos 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 tanto, contener entre un 23% y un 25% de oxígeno en masa. La fórmula ideal es FeO, pero debido a las vacantes cristalográficas es aproximadamente Fe 0,95 O. En general, las mediciones de Proust no fueron lo suficientemente precisas para detectar tales variaciones.
Además, la composición isotópica de un elemento puede variar dependiendo de su fuente, de ahí que su contribución a la masa incluso de un compuesto estequiométrico puro pueda variar. Esta variación se utiliza en la datación radiométrica ya que los procesos astronómicos , atmosféricos , oceánicos , de la corteza terrestre y profundos de la Tierra pueden concentrar preferentemente algunos isótopos ambientales . Con la excepción del hidrógeno y sus isótopos, el efecto suele ser pequeño, pero se puede medir con instrumentación moderna.
Muchos polímeros naturales varían en composición (por ejemplo , ADN , proteínas , 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 variaciones isotópicas.