定比定律

定比定律（law of definite proportions）在化學中，定比定律（有時稱為普魯斯特定律或恆定成分定律）指出，給定的化合物始終以固定比例（按質量）包含其組成元素，並且不依賴於其來源和製備方法。

定比定律可以從化合物的分解反應和單質的化合反應兩個方面來理解。

1. 從分解反應看定比定律，化合物可以分解為單質，如電解水(${\displaystyle {\ce {H2O}}}$)可製得氫氣(${\displaystyle {\ce {H2}}}$)和氧氣(${\displaystyle {\ce {O2}}}$)，無論電解水的質量是1kg、2kg還是10kg，所生成的氫氣和氧氣的質量比都是1:8，這也說明水這種化合物中氫元素和氧元素的質量比為1:8，水中兩個元素的質量比是一定的。
2. 從化合反應看定比定律，用直觀的語言表達，定比定律認為，當兩種或兩種以上的單質反應生成化合物時，若想反應完全發生，反應物全部轉化為生成物，沒有反應物剩餘，則反應發生前反應物的質量比是確定的。例如， Fe(鐵)與S(硫)的質量比為7:4時，剛好完全反應生成FeS，沒有Fe和S剩餘；如果Fe與S的質量比高於7:4，則有Fe剩餘；若質量比低於7:4，則有S剩餘。

完全理解的定比定律的發現過程應根據前人科學家的實驗和論文來理解，因為當時還沒有相對原子質量的概念，定比定律是根據實驗現象和數據總結出來了，但這些資料已經年代久遠。

定比定律與倍比定律一起構成了化學計量的基礎^[1]。

緣起

定比定律是由約瑟夫·普魯斯特於1797年在西班牙城市塞戈維亞提出的。這一觀察首先由英國神學家兼化學家約瑟夫·普魯斯特和法國貴族兼化學家安托萬·拉瓦錫提出，其研究重點是燃燒過程。

以下是普魯斯特在 1794 年對這條定律的表述。^[2]

最後，我將從這些實驗中推導出我在本回憶錄開頭所確立的原則，即。 與許多其他金屬一樣，鐵也服從自然法則，該法則主導著每一個真正的結合，也就是說，它與兩個恆定比例的氧結合。 在這方面，它與錫、汞和鉛沒有什麼不同，總之，它與幾乎所有已知的可燃物沒有什麼不同。

---約瑟夫·普魯斯特

對於現代化學家來說，定比定律似乎是顯而易見的，它是化合物定義中固有的。 然而，在 18 世紀末，當化合物的概念尚未完全發展時，該定律還是新穎的。 事實上，當第一次提出時，這是一個有爭議的聲明，並遭到其他化學家的反對，其中最著名的是普魯斯特的法國同胞克勞德·路易斯·貝托萊，他認為這些元素可以以任何比例結合。這場爭論的存在表明，當時純化合物和混合物之間的區別尚未完全明確。

定比定律促成了約翰·道爾頓 (John Dalton) 從 1803 年開始倡導的原子理論，並為其奠定了堅實的理論基礎，該理論將物質解釋為由離散的原子組成，每種元素都有一種類型的原子，並且這些化合物是由不同類型的原子按固定比例組合而成。

一個相關的早期想法是普洛特假說，由英國化學家威廉·普洛特提出，他提出氫原子是基本原子單位。 從這個假設導出了整數法則，即原子質量是氫質量的整數倍的經驗法則。 後來在 1820 年代和 30 年代，隨著對原子質量進行更精確的測量，尤其是 約恩斯·貝爾塞柳斯( Jacob Berzelius)，該測量結果被拒絕，該測量特別揭示了氯的原子質量為 35.45，這與該假設不相容。 自 20 年代以來，這種差異可以用同位素的存在來解釋。 任何同位素的原子質量都非常接近滿足整數法則，不同結合能引起的質量虧損要小得多。

非化學計量化合物和同位素對定比定律的影響

儘管定比定律對於現代化學的基礎非常有用，但它並非普遍適用。 存在非化學計量化合物，其元素組成可能因樣品而異。 此類化合物遵循倍數比例定律。 氧化鐵方鐵礦就是一個例子，它的每個氧原子可含有 0.83 至 0.95 個鐵原子，因此按質量計含有 23% 至 25% 的氧。 理想的分子式是 FeO，但由於晶體空位，其約為 Fe(0.95)O。 一般來說，普魯斯特的測量不夠精確，無法檢測到這種變化。

此外，元素的同位素組成可能會根據其來源而變化，因此即使是純化學計量化合物，其對質量的貢獻也可能會有所不同。 這種變化用於放射性測年，因為天文、大氣、海洋、地殼和地球深處的過程可能會優先集中一些環境同位素。 除了氫及其同位素之外，這種影響通常很小，但可以用現代儀器測量到。

許多天然聚合物即使是「純淨物」，其成分（例如 DNA、蛋白質、碳水化合物）也各不相同。 聚合物通常不被認為是「純化合物」，除非它們的分子量是均勻的（單分散的）並且它們的化學計量是恆定的。 在這種不尋常的情況下，他們仍然可能因同位素變化而違背定比定律。

參見

• 倍比定律
• 非整比化合物

參考文獻

1. Zumdahl, Steven S. Chemistry. /. Lexington, Mass: D.C. Heath. 1986. ISBN 978-0-669-04529-1.
2. Turgot, Etienne François. Mémoire instructif sur la manière de rassembler, de preparer, de conserver, et d'envoyer les diverses curiosités d'histoire naturelle; auquel on a joint un mémoire intitulé: Avis pour le transport par mer, des arbres, des plantes vivaces, des semences, & de diverses autres curiosités d'histoire naturelle. /. A Paris, et se vend à Lyon: chez J. M. Bruyset. 1758.