Lag av bestämda proportioner
Inom kemi säger lagen om bestämda proportioner , ibland kallad Prousts lag , eller lagen om konstant sammansättning, att en given kemisk förening alltid innehåller sina beståndsdelar i ett fast förhållande (i massa) och inte beror på dess källa och metod för framställning. Till exempel utgör syre cirka 8/9 av massan av ett prov av rent vatten , medan väte utgör den återstående 1/9 av massan: massan av två element i en förening är alltid i samma förhållande . Tillsammans med lagen om flera proportioner , utgör lagen om bestämda proportioner grunden för stökiometri .
Historia
Lagen om konstant proportion gavs av Joseph Proust i den spanska staden Segovia 1797. Denna observation gjordes först av den engelske teologen och kemisten Joseph Priestley och Antoine Lavoisier , en fransk adelsman och kemist centrerad på förbränningsprocessen.
Jag skall avsluta med att från dessa experiment härleda den princip jag har fastställt vid början av denna memoarbok, dvs. att järn liksom många andra metaller är underkastat den naturlag som råder vid varje sann kombination, det vill säga att det förenar sig med två konstanta proportioner syre. I detta avseende skiljer den sig inte från tenn, kvicksilver och bly, och med ett ord nästan alla kända brännbara material.
Lagen om bestämda proportioner kan verka uppenbar för den moderna kemisten, inneboende i själva definitionen av en kemisk förening. Men i slutet av 1700-talet, när begreppet en kemisk förening ännu inte hade utvecklats fullt ut, var lagen ny. I själva verket, när det först föreslogs, var det ett kontroversiellt uttalande och motarbetades av andra kemister, framför allt Prousts kollega fransmannen Claude Louis Berthollet , som hävdade att elementen kunde kombineras i vilken proportion som helst. Förekomsten av denna debatt visar att skillnaden mellan rena kemiska föreningar och blandningar vid den tiden ännu inte hade utvecklats fullt ut.
Lagen om bestämda proportioner bidrog till, och placerades på en fast teoretisk grund av, den atomteori som John Dalton främjade med början 1803, som förklarade att materia bestod av diskreta atomer , att det fanns en typ av atom för varje element, och att föreningarna var gjorda av kombinationer av olika typer av atomer i fasta proportioner.
En relaterad tidig idé var Prouts hypotes , formulerad av den engelske kemisten William Prout , som föreslog att väteatomen var den grundläggande atomenheten. Från denna hypotes härleddes heltalsregeln , som var tumregeln att atommassor var heltalsmultiplar av massan av väte. Detta förkastades senare på 1820- och 30-talen efter mer förfinade mätningar av atommassa, särskilt av Jöns Jacob Berzelius, som särskilt avslöjade att atommassan av klor var 35,45, vilket var oförenligt med hypotesen. Sedan 1920-talet har denna diskrepans förklarats av närvaron av isotoper; atommassan för någon isotop är mycket nära att uppfylla heltalsregeln, med massdefekten som orsakas av olika bindningsenergier som är betydligt mindre.
Icke-stökiometriska föreningar/isotoper
Även om den är mycket användbar i grunden för modern kemi, är lagen om bestämda proportioner inte universellt sann. Det finns icke-stökiometriska föreningar vars elementära sammansättning kan variera från prov till prov. Sådana föreningar följer lagen om flera proportioner. Ett exempel är järnoxiden wüstite , som kan innehålla mellan 0,83 och 0,95 järnatomer för varje syreatom, och alltså innehålla någonstans mellan 23 % och 25 % syre i vikt. Den ideala formeln är FeO, men på grund av kristallografiska vakanser handlar det om Fe 0,95 O. I allmänhet var Prousts mätningar inte tillräckligt exakta för att upptäcka sådana variationer.
Dessutom kan den isotopiska sammansättningen av ett element variera beroende på dess källa, varför dess bidrag till massan av även en ren stökiometrisk förening kan variera. Denna variation används i radiometrisk datering, eftersom astronomiska , atmosfäriska , oceaniska , jordskorpa och djupa jordprocesser kan koncentrera vissa miljöisotoper företrädesvis. Med undantag för väte och dess isotoper är effekten vanligtvis liten, men är mätbar med dagens instrumentering.
Många naturliga polymerer varierar i sammansättning (till exempel DNA , proteiner , kolhydrater ) även när de är "rena". Polymerer anses i allmänhet inte vara "rena kemiska föreningar" förutom när deras molekylvikt är enhetlig (monodispergerad) och deras stökiometri är konstant. I detta ovanliga fall kan de fortfarande bryta mot lagen på grund av isotopiska variationer.