确定比例定律和多重比例定律构成了化学中化学计量研究的基础。确定比例定律也被称为普鲁斯特定律或常量合成定律。
确定比例定律规定,化合物样品中的元素质量比例始终相同。元素的质量比是固定的,无论元素来自何处,化合物是如何制备的,或任何其他因素。从本质上说,该定律是基于一个事实,即某一特定元素的一个原子与该元素的任何其他原子相同。所以,一个氧原子是相同的,无论它来自二氧化硅还是空气中的氧。
恒定成分定律是一个等效定律,它规定化合物的每个样品都具有相同的元素质量组成。
根据一定比例定律,水总含有1/9的氢和8/9的氧(按质量计)。
食盐中的钠和氯在NaCl中按规则结合。钠的原子量约为23,氯的原子量约为35,因此根据该定律可以得出结论,分解58克NaCl将产生约23克钠和35克氯。
虽然对现代化学家来说,确定比例的法则似乎是显而易见的,但在18世纪末的早期化学中,元素结合的方式并不明显。法国化学家约瑟夫·普鲁斯特(1754-1826)被认为是这一发现的功臣,但英国化学家兼神学家约瑟夫·普里斯特利(1783-1804)和法国化学家安托万·拉瓦锡(1771-1794)是1794年第一个以燃烧研究为基础,将该法作为科学提案发表的人。他们注意到金属总是与两种比例的氧结合。正如我们今天所知,空气中的氧是一种由两个原子O2组成的气体。
这项法律提出时引起了激烈的争论。法国化学家克劳德·路易斯·贝托莱(Claude Louis Berthollet,1748-1822)是反对者,他认为元素可以以任何比例结合形成化合物。直到英国化学家约翰·道尔顿(1766-1844)的原子理论解释了原子的性质,确定比例定律才被接受。
虽然确定比例定律在化学中很有用,但也有例外。有些化合物本质上是非化学计量的,这意味着它们的元素组成因样品而异。例如,乌氏体是一种氧化铁,其元素组成在每个氧原子的0.83到0.95个铁原子之间变化(氧质量的23%-25%)。氧化铁的理想配方是FeO,但其晶体结构存在差异。wustite的公式为Fe0.95O。
此外,元素样品的同位素组成因其来源而异。这意味着纯化学计量化合物的质量将根据其来源略有不同。
聚合物的元素组成也因质量而异,尽管从最严格的化学意义上讲,聚合物不被认为是真正的化合物。
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