Publicó por primera vez su Ley de las proporciones definidas (o Ley de la composición constante) en 1794.
Ley de las proporciones definidas
Una de las observaciones fundamentales de la química moderna, la ley de las proporciones definidas establece que, en un compuesto puro, los elementos se combinan en proporciones definidas entre sí.
Una afirmación equivalente es la ley de la composición constante, que establece que todas las muestras de un compuesto químico dado tienen la misma composición elemental.
Por ejemplo, el oxígeno constituye 8/9 de la masa de cualquier muestra de agua pura, mientras que el hidrógeno constituye el 1/9 restante de la masa.
Aparte de la ley de las proporciones múltiples, esto constituye la base de la estequiometría.
Esta observación fue realizada por primera vez por el químico francés Joseph Proust sobre la base de varios experimentos realizados entre 1797 y 1804. En la mayoría de estos experimentos, Proust hizo reaccionar varios elementos con el oxígeno y observó que el contenido de oxígeno del producto de estas reacciones estaba siempre fijado en uno o dos valores, en lugar de mostrar una amplia gama de valores posibles. Por ejemplo, Proust midió que el producto de hierro y oxígeno podía contener un 27% de oxígeno o un 48% de oxígeno, pero no una composición intermedia, o que el producto de cobre y oxígeno podía contener un 18% de oxígeno o un 25% de oxígeno, pero no una composición intermedia.
Basándose en tales observaciones, Proust hizo afirmaciones como ésta, en 1797:
Concluiré deduciendo de estos experimentos el principio que he establecido al principio 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 aspecto no difiere del estaño, del mercurio y del plomo y, en una palabra, de casi todos los combustibles conocidos.
Si bien la ley de las proporciones definidas puede parecer una verdad trivial para el químico moderno, inherente a la propia definición de un compuesto químico, esto no era así a finales del siglo XVIII, cuando el concepto de compuesto químico aún no se había desarrollado completamente. De hecho, cuando se propuso por primera vez, fue una afirmación controvertida y contó con la oposición de otros químicos, sobre todo del francés Claude Louis Berthollet, compañero de Proust, que sostenía que los elementos podían combinarse en cualquier proporción. La propia existencia de este debate pone de manifiesto que, en aquella época, la distinción entre compuestos químicos puros y mezclas aún no se había desarrollado plenamente.
La ley de las proporciones definidas contribuyó a la teoría atómica que John Dalton promovió a partir de 1803, 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.
Hay que tener en cuenta que, aunque es muy útil en la fundación 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. Un ejemplo es el óxido de hierro wüstite, 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 general, las mediciones de Proust no eran lo suficientemente precisas como para detectar estas variaciones.