Pubblicò per la prima volta la sua legge delle proporzioni definite (o legge della composizione costante) nel 1794.
Legge delle proporzioni definite
Una delle osservazioni fondamentali della chimica moderna, la legge delle proporzioni definite afferma che, in un composto puro, gli elementi si combinano in proporzioni definite tra loro.
Un’affermazione equivalente è la legge della composizione costante, che afferma che tutti i campioni di un dato composto chimico hanno la stessa composizione elementare.
Per esempio, l’ossigeno costituisce 8/9 della massa di qualsiasi campione di acqua pura, mentre l’idrogeno costituisce il restante 1/9 della massa.
Insieme alla legge delle proporzioni multiple, questo costituisce la base della stechiometria.
Questa osservazione fu fatta per la prima volta dal chimico francese Joseph Proust sulla base di diversi esperimenti condotti tra il 1797 e il 1804. Nella maggior parte di questi esperimenti, Proust fece reagire diversi elementi con l’ossigeno e osservò che il contenuto di ossigeno del prodotto di queste reazioni era sempre fissato a uno o due valori, piuttosto che mostrare un’ampia gamma di valori possibili. Per esempio, Proust misurò che il prodotto di ferro e ossigeno poteva contenere 27% di ossigeno o 48% di ossigeno, ma non una composizione intermedia, o che il prodotto di rame e ossigeno poteva contenere 18% di ossigeno o 25% di ossigeno, ma non una composizione intermedia.
Sulla base di tali osservazioni, Proust fece dichiarazioni come questa, nel 1797:
Concludo deducendo da questi esperimenti il principio che ho stabilito all’inizio di questa memoria, cioè che il ferro come molti altri metalli è soggetto alla legge di natura che presiede ad ogni vera combinazione, cioè che si unisce con due proporzioni costanti di ossigeno. In questo senso non differisce dallo stagno, dal mercurio, dal piombo e, in una parola, da quasi tutti i combustibili conosciuti.
Se la legge delle proporzioni definite può sembrare banalmente vera al chimico moderno, inerente alla definizione stessa di un composto chimico, non era così alla fine del 18° secolo, quando il concetto di composto chimico non era ancora stato completamente sviluppato. Infatti, quando fu proposto per la prima volta, fu un’affermazione controversa e fu osteggiato da altri chimici, in particolare dal collega francese di Proust, Claude Louis Berthollet, che sosteneva che gli elementi potevano combinarsi in qualsiasi proporzione. L’esistenza stessa di questo dibattito sottolinea che all’epoca la distinzione tra composti chimici puri e miscele non era ancora stata completamente sviluppata.
La legge delle proporzioni definite contribuì alla teoria atomica che John Dalton promosse a partire dal 1803, che spiegava la materia come costituita da atomi discreti, che c’era un tipo di atomo per ogni elemento, e che i composti erano fatti di combinazioni di diversi tipi di atomi in proporzioni fisse.
Si può notare che, sebbene molto utile nella fondazione della chimica moderna, la legge delle proporzioni definite non è universalmente vera; esistono composti non stechiometrici la cui composizione elementare può variare da campione a campione. Un esempio è l’ossido di ferro wüstite, che può contenere tra 0,83 e 0,95 atomi di ferro per ogni atomo di ossigeno, e quindi contenere ovunque tra il 23% e il 25% di ossigeno. In generale, le misurazioni di Proust non erano abbastanza accurate per rilevare tali variazioni.