Loi des proportions définies - Law of definite proportions
En chimie , la loi des proportions définies , parfois appelée loi de Proust ou loi de composition constante, stipule qu'un composé chimique donné contient toujours ses éléments constitutifs dans un rapport fixe (en masse) et ne dépend pas de sa source et de sa méthode de préparation. Par exemple, l' oxygène constitue environ 8 / 9 de la masse d'un échantillon pur de l' eau , tandis que l' hydrogène constitue le restant une / 9 de la masse: la masse des deux éléments dans un composé sont toujours dans le même rapport. Avec la loi des proportions multiples , la loi des proportions définies constitue la base de la stoechiométrie .
Histoire
La loi de proportion constante a été donnée par Joseph Proust en 1797. Cette observation a été faite par le Anglais théologien et chimiste Joseph Priestley , et Antoine Lavoisier , un noble et chimiste français centré sur le processus de combustion.
Je terminerai en déduisant de ces expériences le principe que j'ai établi au commencement de ce mémoire, savoir. que le fer, comme beaucoup d'autres métaux, est soumis à la loi de la nature qui préside à toute vraie combinaison, c'est-à-dire qu'il s'unit avec deux proportions constantes d'oxygène. A cet égard, il ne diffère pas de l'étain, du mercure et du plomb, et, en un mot, de presque tous les combustibles connus.
La loi des proportions définies peut sembler évidente au chimiste moderne, inhérente à la définition même d'un composé chimique. À la fin du XVIIIe siècle, cependant, alors que le concept de composé chimique n'était pas encore pleinement développé, la loi était nouvelle. En fait, lorsqu'il a été proposé pour la première fois, il s'agissait d'une déclaration controversée et d'autres chimistes s'y sont opposés, notamment le compatriote français de Proust, Claude Louis Berthollet , qui a soutenu que les éléments pouvaient se combiner dans n'importe quelle proportion. L'existence de ce débat démontre qu'à l'époque, la distinction entre composés chimiques purs et mélanges n'était pas encore pleinement développée.
La loi des proportions définies a contribué à, et a été placée sur une base théorique solide par, la théorie atomique que John Dalton a promue à partir de 1803, qui expliquait que la matière était constituée d' atomes discrets , qu'il y avait un type d'atome pour chaque élément, et que les composés étaient constitués de combinaisons de différents types d'atomes dans des proportions fixes.
Une première idée connexe était l'hypothèse de Prout , formulée par le chimiste anglais William Prout , qui proposait que l'atome d'hydrogène était l'unité atomique fondamentale. De cette hypothèse a été dérivée la règle des nombres entiers , qui était la règle empirique selon laquelle les masses atomiques étaient des multiples entiers de la masse d'hydrogène. Celle-ci fut ensuite rejetée dans les années 1820 et 30 suite à des mesures plus fines de la masse atomique, notamment par Jöns Jacob Berzelius , qui révélèrent notamment que la masse atomique du chlore était de 35,45, ce qui était incompatible avec l'hypothèse. Depuis les années 1920, cet écart s'explique par la présence d'isotopes ; la masse atomique de n'importe quel isotope est très proche de satisfaire la règle du nombre entier, le défaut de masse causé par des énergies de liaison différentes étant significativement plus petit.
Composés non stoechiométriques/Isotopes
Bien que très utile dans la fondation de la chimie moderne, la loi des proportions définies n'est pas universellement vraie. Il existe des composés non stoechiométriques dont la composition élémentaire peut varier d'un échantillon à l'autre. De tels composés suivent la loi des proportions multiples. Un exemple est l' oxyde de fer wüstite , qui peut contenir entre 0,83 et 0,95 atome de fer pour chaque atome d'oxygène, et donc contenir entre 23% et 25% d'oxygène en masse. La formule idéale est FeO, mais en raison des lacunes cristallographiques elle est d'environ Fe 0,95 O. En général, les mesures de Proust n'étaient pas assez précises pour détecter de telles variations.
De plus, la composition isotopique d'un élément peut varier en fonction de sa source, donc sa contribution à la masse d'un composé stoechiométrique même pur peut varier. Cette variation est utilisée dans la datation radiométrique puisque les processus astronomiques , atmosphériques , océaniques , crustaux et terrestres profonds peuvent concentrer préférentiellement certains isotopes environnementaux . À l'exception de l' hydrogène et de ses isotopes, l'effet est généralement faible, mais est mesurable avec l'instrumentation moderne.
Une note supplémentaire : de nombreux polymères naturels varient en composition (par exemple ADN , protéines , glucides ) même lorsqu'ils sont "purs". Les polymères ne sont généralement pas considérés comme des "composés chimiques purs" sauf lorsque leur poids moléculaire est uniforme (mono-dispersé) et leur stoechiométrie est constante. Dans ce cas inhabituel, ils peuvent toujours enfreindre la loi en raison de variations isotopiques.