Er veröffentlichte sein Gesetz der bestimmten Proportionen (oder Gesetz der konstanten Zusammensetzung) erstmals 1794.
Gesetz der bestimmten Proportionen
Eine der grundlegenden Beobachtungen der modernen Chemie, das Gesetz der bestimmten Proportionen, besagt, dass sich die Elemente in einer reinen Verbindung in bestimmten Verhältnissen zueinander verbinden.
Eine äquivalente Aussage ist das Gesetz der konstanten Zusammensetzung, das besagt, dass alle Proben einer bestimmten chemischen Verbindung die gleiche elementare Zusammensetzung haben.
Zum Beispiel macht Sauerstoff 8/9 der Masse einer beliebigen Probe reinen Wassers aus, während Wasserstoff den Rest von 1/9 der Masse ausmacht.
Dies bildet zusammen mit dem Gesetz der multiplen Proportionen die Grundlage der Stöchiometrie.
Diese Beobachtung wurde erstmals von dem französischen Chemiker Joseph Proust auf der Grundlage mehrerer Experimente gemacht, die zwischen 1797 und 1804 durchgeführt wurden. In den meisten dieser Experimente ließ Proust mehrere Elemente mit Sauerstoff reagieren und beobachtete, dass der Sauerstoffgehalt des Reaktionsprodukts stets auf einen oder zwei Werte fixiert war, anstatt eine große Bandbreite möglicher Werte aufzuweisen. Zum Beispiel maß Proust, dass das Produkt von Eisen und Sauerstoff 27% Sauerstoff oder 48% Sauerstoff enthalten konnte, aber nicht eine mittlere Zusammensetzung, oder dass das Produkt von Kupfer und Sauerstoff 18% Sauerstoff oder 25% Sauerstoff enthalten konnte, aber nicht eine mittlere Zusammensetzung.
Ausgehend von solchen Beobachtungen machte Proust 1797 Aussagen wie diese:
Ich schließe damit, dass ich aus diesen Experimenten den Grundsatz abgeleitet habe, den ich zu Beginn dieser Denkschrift aufgestellt habe, nämlich, dass das Eisen wie viele andere Metalle dem Naturgesetz unterliegt, das jeder echten Verbindung zugrunde liegt, d.h., dass es sich mit zwei konstanten Anteilen von Sauerstoff verbindet. In dieser Hinsicht unterscheidet es sich nicht von Zinn, Quecksilber und Blei und, mit einem Wort, von fast allen bekannten brennbaren Stoffen.
Während das Gesetz der bestimmten Proportionen dem modernen Chemiker trivialerweise wahr erscheinen mag, da es in der Definition einer chemischen Verbindung selbst enthalten ist, war dies am Ende des 18. Jahrhundert, als der Begriff der chemischen Verbindung noch nicht vollständig entwickelt war. Als er zum ersten Mal vorgeschlagen wurde, war er umstritten und wurde von anderen Chemikern abgelehnt, vor allem von Prousts französischem Kollegen Claude Louis Berthollet, der argumentierte, dass sich die Elemente in jedem beliebigen Verhältnis verbinden könnten. Allein die Existenz dieser Debatte unterstreicht, dass zu dieser Zeit die Unterscheidung zwischen reinen chemischen Verbindungen und Gemischen noch nicht vollständig entwickelt war.
Das Gesetz der bestimmten Proportionen trug zur Atomtheorie bei, die John Dalton ab 1803 vertrat und die erklärte, dass die Materie aus einzelnen Atomen besteht, dass es für jedes Element einen Atomtyp gibt und dass die Verbindungen aus Kombinationen verschiedener Atomtypen in festen Proportionen bestehen.
Es ist anzumerken, dass das Gesetz der festen Proportionen, obwohl es als Grundlage der modernen Chemie sehr nützlich ist, nicht allgemein gültig ist: Es gibt nicht-stöchiometrische Verbindungen, deren elementare Zusammensetzung von Probe zu Probe variieren kann. Ein Beispiel dafür ist das Eisenoxid Wüstit, das zwischen 0,83 und 0,95 Eisenatome pro Sauerstoffatom enthalten kann und somit zwischen 23 % und 25 % Sauerstoff enthält. Im Allgemeinen waren die Messungen von Proust nicht genau genug, um solche Schwankungen zu erkennen.