قانون النسب الثابتة

في الكيمياء ، ينص قانون النسب الثابتة ، والذي يُسمى أحيانًا قانون بروست أو قانون التركيب الثابت ، على أن مركبًا كيميائيًا معينًا يحتوي على العناصر المكونة له بنسبة ثابتة (بالكتلة) ولا يعتمد على مصدره أو طريقة تحضيره. على سبيل المثال، يشكل الأكسجين حوالي 8/9 ^من كتلة أي عينة من الماء النقي ، بينما يشكل الهيدروجين ^1/9 المتبقية من الكتلة: كتلة عنصرين في مركب تكون دائمًا بنفس النسبة. جنبًا إلى جنب مع قانون النسب المتعددة _، يشكل قانون النسب الثابتة أساس _القياس الكمي . ^[1]

تم وضع قانون النسبة المحددة بواسطة جوزيف بروست في عام 1797. ^[2]

وسأختتم حديثي باستنتاج المبدأ الذي أسسته في بداية هذه المذكرات من هذه التجارب، وهو أن الحديد مثله كمثل العديد من المعادن الأخرى يخضع لقانون الطبيعة الذي يحكم كل اتحاد حقيقي، أي أنه يتحد بنسبتين ثابتتين من الأكسجين. وفي هذا الصدد لا يختلف الحديد عن القصدير والزئبق والرصاص، وباختصار، عن كل مادة قابلة للاشتعال معروفة تقريبًا.

-  جوزيف ل. بروست، Recherches sur le bleu de Prusse، Journal de Physique...

في نهاية القرن الثامن عشر، عندما لم يكن مفهوم المركب الكيميائي قد تم تطويره بالكامل بعد، كان القانون جديدًا. في الواقع، عندما تم اقتراحه لأول مرة، كان بيانًا مثيرًا للجدل وعارضه كيميائيون آخرون، وأبرزهم زميل بروست الفرنسي كلود لويس بيرثوليت ، الذي زعم أن العناصر يمكن أن تتحد بأي نسبة. ^[3] يوضح وجود هذا النقاش أنه في ذلك الوقت، لم يتم تطوير التمييز بين المركبات الكيميائية النقية والمخاليط بشكل كامل بعد. ^[4]

ساهم قانون النسب الثابتة في النظرية الذرية التي روج لها جون دالتون بداية من عام 1805، والتي أوضحت أن المادة تتكون من ذرات منفصلة ، ​​وأن هناك نوعًا واحدًا من الذرات لكل عنصر، وأن المركبات تتكون من مجموعات من أنواع مختلفة من الذرات بنسب ثابتة. ^[5]

كانت إحدى الأفكار المبكرة ذات الصلة هي فرضية بروت ، التي صاغها الكيميائي الإنجليزي ويليام بروت ، الذي اقترح أن ذرة الهيدروجين هي الوحدة الذرية الأساسية. ومن هذه الفرضية اشتق قاعدة العدد الصحيح ، والتي كانت القاعدة العامة التي تنص على أن الكتل الذرية هي مضاعفات عددية صحيحة لكتلة الهيدروجين. وقد رُفضت هذه القاعدة لاحقًا في عشرينيات وثلاثينيات القرن التاسع عشر بعد إجراء قياسات أكثر دقة للكتلة الذرية، ولا سيما من قبل يونس جاكوب بيرزيليوس ، والتي كشفت على وجه الخصوص أن الكتلة الذرية للكلور كانت 35.45، وهو ما كان غير متوافق مع الفرضية. ومنذ عشرينيات القرن العشرين، تم تفسير هذا التناقض بوجود النظائر؛ حيث تقترب الكتلة الذرية لأي نظير جدًا من تلبية قاعدة العدد الصحيح، ^[6] مع كون عيب الكتلة الناجم عن اختلاف طاقات الارتباط أصغر بكثير.

على الرغم من أن قانون النسب الثابتة مفيد جدًا في تأسيس الكيمياء الحديثة، إلا أنه ليس صحيحًا عالميًا. توجد مركبات غير متكافئة يمكن أن يختلف تركيبها العنصري من عينة إلى أخرى. تتبع هذه المركبات قانون النسبة المتعددة. ومن الأمثلة على ذلك أكسيد الحديد wüstite ، والذي يمكن أن يحتوي على ما بين 0.83 و0.95 ذرة حديد لكل ذرة أكسجين، وبالتالي يحتوي على ما بين 23% و25% أكسجين بالكتلة. الصيغة المثالية هي Fe2O، لكنها حوالي Fe _0.95 O بسبب الشواغر البلورية. بشكل عام، لم تكن قياسات بروست دقيقة بما يكفي لاكتشاف مثل هذه الاختلافات.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يختلف التركيب النظيري لعنصر ما اعتمادًا على مصدره، وبالتالي قد يختلف مساهمته في كتلة مركب متجانس نقي. يُستخدم هذا الاختلاف في التأريخ الإشعاعي نظرًا لأن العمليات الفلكية والجوية والمحيطية والقشرية والعميقة للأرض قد تركز بعض النظائر البيئية بشكل تفضيلي. باستثناء الهيدروجين ونظائره، يكون التأثير صغيرًا عادةً، ولكنه قابل للقياس باستخدام الأجهزة الحديثة .

تختلف العديد من البوليمرات الطبيعية في تركيبها (على سبيل المثال الحمض النووي ، والبروتينات ، والكربوهيدرات ) حتى عندما تكون "نقية". لا تعتبر البوليمرات عمومًا "مركبات كيميائية نقية" إلا عندما يكون وزنها الجزيئي موحدًا (أحادي التشتت) ونسبتها الكيميائية ثابتة.