قانون النسب الثابتة

في الكيمياء ، ينص قانون النسب الثابتة ، الذي يُعرف أحيانًا بقانون بروست أو قانون التركيب الثابت ، على أن أي مركب كيميائي يحتوي على عناصره المكونة بنسبة ثابتة (من حيث الكتلة) 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:} _أي أن كتلة عنصرين في المركب تكون دائمًا بنفس النسبة. إلى جانب قانون النسب المتعددة ، يشكل قانون النسب الثابتة أساس علم القياس الكيميائي . ^{[ 1 ]}

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

سأختتم باستنتاج المبدأ الذي وضعته في بداية هذه المذكرة، وهو أن الحديد، كغيره من المعادن، يخضع لقانون الطبيعة الذي يحكم كل اتحاد حقيقي، أي أنه يتحد مع نسبتين ثابتتين من الأكسجين. وبهذا، لا يختلف عن القصدير والزئبق والرصاص، وباختصار، عن كل المواد القابلة للاشتعال المعروفة تقريبًا.

في أواخر القرن الثامن عشر، حين لم يكن مفهوم المركب الكيميائي قد تبلور تمامًا، كان هذا القانون جديدًا. في الواقع، عند طرحه لأول مرة، كان مثيرًا للجدل، وعارضه كيميائيون آخرون، أبرزهم الفرنسي كلود لويس بيرتوليه ، الذي جادل بأن العناصر يمكن أن تتحد بأي نسبة. ^{[ 3 ]} يُظهر وجود هذا النقاش أن التمييز بين المركبات الكيميائية النقية والمخاليط لم يكن قد ترسخ تمامًا في ذلك الوقت . ^{[ 4 ]}

ساهم قانون النسب الثابتة في النظرية الذرية التي روج لها جون دالتون بدءًا من عام 1805، والتي فسرت المادة على أنها تتكون من ذرات منفصلة ، ​​وأن هناك نوعًا واحدًا من الذرات لكل عنصر، وأن المركبات تتكون من تركيبات من أنواع مختلفة من الذرات بنسب ثابتة. ^{[ 5 ]}

كانت فرضية براوت ، التي صاغها الكيميائي الإنجليزي ويليام براوت ، فكرة مبكرة ذات صلة ، حيث اقترح أن ذرة الهيدروجين هي الوحدة الذرية الأساسية. ومن هذه الفرضية، استُنتجت قاعدة الأعداد الصحيحة ، وهي قاعدة عامة 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 قِبل يونس جاكوب بيرزيليوس ، والتي كشفت على وجه الخصوص أن الكتلة الذرية للكلور هي 35.45، وهو ما يتعارض مع الفرضية. ومنذ عشرينيات القرن العشرين، تم تفسير هذا التناقض بوجود النظائر؛ إذ إن الكتلة الذرية لأي نظير قريبة جدًا من تحقيق قاعدة الأعداد الصحيحة، ^{[ 6 ]} مع كون النقص في الكتلة الناتج عن اختلاف طاقات الربط أصغر بكثير.

على الرغم من أهميته البالغة في تأسيس الكيمياء الحديثة، فإن قانون النسب الثابتة ليس قاعدة عامة. توجد مركبات غير متكافئة العناصر، حيث يختلف تركيبها العنصري من عينة لأخرى. تخضع هذه المركبات لقانون النسب المتعددة. مثال على ذلك أكسيد الحديد (الوستيت )، الذي قد يحتوي على ما بين 0.83 و0.95 ذرة حديد لكل ذرة أكسجين، وبالتالي يحتوي على نسبة أكسجين تتراوح بين 23% و25% من حيث الكتلة. الصيغة المثالية هي FeO، ولكنها في الواقع Fe₀.₉₅O تقريبًا _بسبب الفراغات البلورية. عمومًا، لم تكن قياسات بروست دقيقة بما يكفي لرصد هذه الاختلافات.

بالإضافة إلى ذلك، قد يختلف التركيب النظائري للعنصر تبعًا لمصدره، وبالتالي قد تتفاوت مساهمته في كتلة حتى المركب النقي ذي التركيب الكيميائي المتوازن. يُستفاد من هذا التباين في التأريخ الإشعاعي، إذ قد تُؤدي العمليات الفلكية والجوية والمحيطية والقشرية والباطنية إلى تركيز بعض النظائر البيئية بشكل تفضيلي. وباستثناء الهيدروجين ونظائره، يكون التأثير عادةً ضئيلاً، 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 تُعتبر البوليمرات عمومًا "مركبات كيميائية نقية" إلا عندما يكون وزنها الجزيئي موحدًا (أحادي التشتت) وتكون نسبها الكيميائية ثابتة.