Publicou pela primeira vez sua Lei de Proporções Definidas (ou Lei de Composição Constante) em 1794.
Lei das Proporções Definidas
Uma das observações fundamentais da química moderna, a lei das proporções definidas afirma que, num composto puro, os elementos se combinam em proporções definidas uns aos outros.
Uma afirmação equivalente é a lei da composição constante, que afirma que todas as amostras de um dado composto químico têm a mesma composição elementar.
Por exemplo, o oxigênio compõe 8/9 da massa de qualquer amostra de água pura, enquanto o hidrogênio compõe o restante 1/9 da massa.
Em conjunto com a lei de múltiplas proporções, isto forma a base da estequiometria.
Esta observação foi feita pela primeira vez pelo químico francês Joseph Proust com base em várias experiências conduzidas entre 1797 e 1804. Na maioria dessas experiências, Proust reagiu vários dos elementos com oxigênio e observou que o conteúdo de oxigênio do produto dessas reações era sempre fixado em um ou dois valores, ao invés de exibir uma ampla gama de valores possíveis. Por exemplo, Proust mediu que o produto de ferro e oxigênio poderia conter 27% de oxigênio ou 48% de oxigênio, mas não uma composição intermediária, ou que o produto de cobre e oxigênio poderia conter 18% de oxigênio ou 25% de oxigênio, mas não uma composição intermediária.
Com base nessas observações, Proust fez afirmações como esta, em 1797:
Devo concluir deduzindo destas experiências o princípio que estabeleci no início desta memória, ou seja, que o ferro como muitos outros metais está sujeito à lei da natureza que preside a cada combinação verdadeira, ou seja, que ele se une com duas proporções constantes de oxigénio. A este respeito, não difere do estanho, mercúrio e chumbo e, em uma palavra, de quase todos os combustíveis conhecidos.
Embora a lei de proporções definidas possa parecer trivialmente verdadeira para o químico moderno, inerente à própria definição de um composto químico, isto não era assim no final do século XVIII, quando o conceito de um composto químico ainda não tinha sido completamente desenvolvido. Na verdade, quando foi proposto pela primeira vez, foi uma declaração controversa e teve a oposição de outros químicos, muito provavelmente do colega francês de Proust, Claude Louis Berthollet, que argumentou que os elementos podiam combinar em qualquer proporção. Esta própria existência destedebate sublinha que, na altura, a distinção entre compostos químicos puros e misturas ainda não tinha sido completamente desenvolvida.
A lei de proporções definidas contribuiu para a teoria atómica que John Dalton promoveu a partir de 1803, que explicava que a matéria era constituída por átomos discretos, que havia um tipo de átomo para cada elemento e que os compostos eram feitos de combinações de diferentes tipos de átomos em proporções fixas.
Pode-se notar que embora muito útil nos fundamentos da química moderna, a lei das proporções definidas não é universalmente verdadeira. Existem compostos não-hiométricos cuja composição elementar pode variar de amostra para amostra. Um exemplo é o óxido de ferro wüstite, que pode conter entre 0,83 e 0,95 átomos de ferro para cada átomo de oxigênio, e assim conter entre 23% e 25% de oxigênio. Em geral, as medições de Proust não foram suficientemente precisas para detectar tais variações.