Кіріспе

Химияда белгілі пропорциялар заңы, кейде Пруст заңы немесе тұрақты құрамы заңы деп аталады, бұл нақты химиялық қосылыс әрқашан өзінің құрамына кіретін элементтерді белгілі бір қатынаста (масса бойынша) қамтиды және оның алыну көзіне және дайындалу тәсіліне тәуелді емес. Мысалы, таза судың кез келген үлгісінің массасының шамамен 8/9 бөлігін оттек құрайды, ал қалған 1/9 бөлігін сутек құрайды: қосылыстағы екі элементтің массасы әрқашан бірдей қатынаста болады. Көп пропорциялар заңымен бірге, белгілі пропорциялар заңы стехиометрияның негізін құрайды.

Тарих

Белгілі бір пропорцияның заңы Жозеф Пруст 1797 жылы Испанияның Сеговия қаласында жариялады. Бұл байқауды алғаш рет ағылшын діншісі және химигі Джозеф Пристли, сондай-ақ күю процесін зерттеген француз аристократы және химигі Антуан Лавуазье жасаған. 1794 жылы Пруст заңды былай формулировкалады: «Мен осы тәжірибелерден осы еңбектің басында белгілеген қағиданы шығарып, мынадай қорытындыға келемін: темір, көптеген басқа металдар сияқты, әрбір нағыз қосылысқа жетекшілік ететін табиғат заңына бағынады, яғни ол оттегімен екі тұрақты пропорцияда бірігеді. Ол бұл жағынан қалайы, сынап және қорғасыннан, тіпті барлық белгілі жанғыш заттардан ерекшеленбейді». Химиялық қосылыс туралы түсінік толыққанды қалыптаспаған 18 ғасырдың соңында бұл заң жаңалық болды. Шындығында, алғаш ұсынылғанда бұл даулы мәлімдеме болды және басқа химиктер, әсіресе Прусттың француз әріптесі Клод Луи Бертолле оған қарсы шықты, ол элементтер кез келген пропорцияда біріге алатынын айтты. Бұл пікірталас сол кезде таза химиялық қосылыстар мен қоспалар арасындағы шекара толыққанды дамымағанын көрсетеді. Белгілі пропорциялардың заңы Джон Далтон 1803 жылдан бастап насихаттаған атомдық теорияға үлес қосты және оны берік теориялық негізге қойды, бұл теория материяның дискретті атомдардан тұратынын, әр элемент үшін бір типті атом бар екенін және қосылыстар әртүрлі типтегі атомдардың белгілі пропорциядағы комбинацияларынан тұратынын түсіндірді. Бұл идеямен байланысты ертегі идея – ағылшын химигі Уильям Прут ұсынған Прут гипотезасы. Осы гипотезадан бүтін сан қағидасы туындады, ол атомдық массалардың сутегі массасының бүтін еселігі болуын білдірді. Бұл кейінірек 1820 және 30 жылдары атомдық массаның дәлірек өлшемдерінен кейін жоққа шығарылды, атап айтқанда Йонс Якоб Берзелиус жүргізген өлшемдер хлордың атомдық массасы 35,45 екенін көрсетті, бұл гипотезаға қайшы келді. 1920 жылдан бері бұл айырмашылық изотоптардың болуымен түсіндіріледі; кез келген изотоптың атомдық массасы бүтін сан қағидасын қанағаттандыруға өте жақын, ал әртүрлі байланыс энергиясының салдарынан туындаған масса дефициті айтарлықтай кішкентай.

Стойхиометриялық емес қосылыстар мен изотоптар

Қазіргі химияның негізін қалауда өте пайдалы болса да, белгілі пропорция заңы әрқашан дұрыс емес. Үлгіден үлгіге элементтік құрамы өзгере алатын стехиометриялық емес қосылыстар бар. Мұндай қосылыстар көп пропорция заңына бағынады. Мысалы, темір оксидінің уститін қарастырайық, онда әрбір оттегі атомына 0,83-тен 0,95-ке дейін темір атомдары кездеседі, демек, масса бойынша оттегінің мөлшері 23-тен 25%-ға дейін болуы мүмкін. Идеалдық формуласы – FeO, бірақ кристаллографиялық бос орындардың болуына байланысты ол шамамен Fe0.95O құрамын алады. Жалпы, Пруст жасаған өлшемдер мұндай өзгерістерді анықтауға жеткілікті дәл болған жоқ. Сонымен қатар, элементтің изотоптық құрамы оның бастапқы көзіне байланысты өзгеруі мүмкін, сондықтан тіпті таза стехиометриялық қосылыстың массасына да оның үлесі өзгеріп отыруы мүмкін. Бұл өзгеріс радиометриялық талдауларда қолданылады, себебі астрономиялық, атмосфералық, мұхиттық, жер қыртысы және Жердің терең қабаттарындағы процестер кейбір қоршаған орта изотоптарын жинақтауға мүмкіндік береді. Сутегі мен оның изотоптарын есептемегенде, бұл әсер көбінесе шағын болады, бірақ қазіргі заманғы құралдармен өлшенуге болады. Көптеген табиғи полимерлер (мысалы, ДНК, ақуыздар, көмірсулар) тіпті "таза" күйде де құрамы бойынша әртүрлі болады. Полимерлер әдетте молекулалық салмағы біркелкі (монодисперсті) және стехиометриясы тұрақты болған жағдайларда ғана "таза химиялық қосылыстар" деп есептелмейді. Мұндай ерекше жағдайларда олар изотоптық өзгерістерге байланысты заңды бұзуы мүмкін.