A kémiában az állandó összetétel törvénye (más néven: határozott arányok) kimondja, hogy a tiszta összetett mindig ugyanazt tartalmazza elemek ugyanabban a tömeg arány. Ez a törvény és a többszörös arányok törvénye képezi a sztöchiometria alapját a kémiában.
Más szavakkal, függetlenül attól, hogy a vegyületet hogyan állítják elő vagy készítik el, mindig ugyanazokat az elemeket tartalmazza ugyanolyan tömeg arányban. Például szén-dioxid (CO2) mindig szén- és oxigént tartalmaz 3: 8 tömegarányban. Víz (H2O) mindig hidrogénből és oxigénből áll, tömegarányban 1: 9.
Az állandó összetétel története
Ennek a törvénynek a felfedezését a francia vegyésznek hitelezik Joseph Proust, aki egy 1798 és 1804 közötti kísérleteken azt a következtetést vonta le, hogy a kémiai vegyületek egy meghatározott összetételből álltak. John Dalton atomelméletének figyelembevétele csak most kezdte el magyarázni, hogy minden elem egy atomtípusból áll és abban az időben a legtöbb tudós úgy vélte, hogy az elemek bármilyen arányban kombinálhatók, Proust következtetései voltak kivételes.
Az állandó összetételű törvény példája
Amikor kémiai problémákkal dolgozik e törvény alkalmazásával, a cél az, hogy megkeresse a legközelebbi tömegarányt az elemek között. Rendben, ha a százalékos arány néhány századdal csökken. Kísérleti adatok használata esetén a variáció lehet még nagyobb.
Tegyük fel például, hogy az állandó összetétel törvényének alkalmazásával be kell mutatni, hogy a réz-oxid két mintája betartja a törvényt. Az első mintád 1,375 g réz-oxid volt, amelyet hidrogénnel melegítettünk, így 1,098 g réz képződött. A második mintában 1,179 g réz feloldódott salétromsavban, így réz-nitrátot kaptunk, amelyet később 1,476 g réz-oxid előállítása céljából elégettek.
A probléma megoldásához meg kell találnia az egyes minták minden elemének tömegszázalékát. Nem számít, hogy úgy dönt, hogy megkeresi a réz vagy az oxigén százalékát. Egyszerűen kivonja az egyik értéket a 100-ból, hogy megkapja a másik elem százalékát.
Írja le, amit tud:
Az első mintában:
réz-oxid = 1,375 g
réz = 1,098 g
oxigén = 1,375 - 1,098 = 0,277 g
százalékos oxigéntartalom CuO-ban = (0,277) (100%) / 1,375 = 20,15%
A második mintához:
réz = 1,179 g
réz-oxid = 1,476 g
oxigén = 1,476 - 1,179 = 0,297 g
százalékos oxigéntartalom CuO-ban = (0,297) (100%) / 1,476 = 20,12%
A minták az állandó összetétel törvényét követik, lehetővé téve számottevő értékeket és kísérleti hibákat.
Az állandó összetételű törvény alóli kivételek
Mint kiderült, vannak kivételek e szabály alól. Vannak olyan nem-sztöchiometrikus vegyületek, amelyek változó összetételű mintát mutatnak a minták között. Példa erre a wustite, egyfajta vas-oxid, amelyben az oxigénmennyiség 0,83–0,95 vas lehet.
Mivel az atomok különböző izotópjai is vannak, még egy normál sztöchiometrikus vegyületnek is megváltozik a tömeg összetétele, attól függően, hogy mely atomok izotópja van jelen. Ez a különbség általában viszonylag kicsi, mégis létezik, és fontos lehet. Példa erre a nehéz víz tömegaránya a normál vízhez képest.