定比定律定义

定比定律指出，化学化合物的每个组分必须以精确且一致的量（按质量计）存在，化合物才能存在。定比定律，也称为普鲁斯特定律，是化学中一个众所周知的原理。例如，任何纯水样本，其质量约有8/9由氧组成，1/9由氢组成。这是一个化合物中两种元素的质量始终成比例的例子。定比定律与多重比例定律共同构成化学计量学的基础。

历史

约瑟夫·普鲁斯特于1797年在西班牙塞戈维亚首次提出了定比的概念。法国贵族兼科学家安托万·拉瓦锡（专注于燃烧）以及英国神职人员兼化学家约瑟夫·普里斯特利是第一个提出此观点的人。

“我将通过这些实验得出结论，以支持我在本备忘录开头提出的理论，即铁和许多其他金属一样，受制于支配所有真实组合的自然定律，即它与两种恒定量的氧结合。这使其与几乎所有已知的可燃物（包括锡、汞、铅等）相似。”

定比定律对现代科学家来说可能显得很清楚，因为它包含在化学化合物的基本定义中。然而，该定律最初是在18世纪末提出的，因为化学化合物的概念尚未得到妥善定义。普鲁斯特的法国同胞学生克劳德·路易斯·贝索莱和其他科学家最初提出时对此提出异议，声称组分可以以任何比例结合。当时存在这种争议的事实表明，纯化学物质和混合物之间的界限尚未明确建立。

约翰·道尔顿自1803年开始推广的原子理论断言，一切都由离散的原子组成，每种组分都有一种原子，并且化合物由不同类型原子以特定比例组合而成。这一理论促成了定比定律，并为其提供了理论基础。

英国化学家威廉·普劳特（William Prout）的观点，即氢原子是基本的原子单位，是一个相关的早期理论。该理论发展出整数规则——原子质量是氢质量倍数的一种概括。该理论后来在19世纪20年代和30年代因更精确的原子质量测量（尤其是约恩斯·雅各布·贝采利乌斯所做的测量）而被推翻。这些测量特别表明氯的原子质量为35.45，这与该思想不一致。自1920年代以来，同位素已被用来解释这种不匹配。任何同位素的原子质量都非常接近地遵循整数规则，并且由不同结合能引起的质量亏损要小得多。

非化学计量物质和同位素

定比定律虽然对发展现代化学非常有帮助，但并不总是成立。非化学计量物质的元素组成可能因样本而异。此类化合物遵循多重比例定律。一个完美的例子是“氧化铁方铁矿”，其总铁含量为每个氧原子0.83到0.95，氧含量按质量计在23%到25%之间。然而，由于晶体学空位，实际公式更接近Fe0.95O而不是FeO。普鲁斯特的测量通常不够精确，无法发现这些差异。

此外，即使是纯化学计量组成，元素的质量贡献也可能因元素的同位素组成而异，而同位素组成又可能因其来源而异。由于一些环境同位素可能会被天文、大气、海洋、地壳和深层地球过程优先富集，因此这种变异用于放射性测年。除了氢及其同位素的情况外，这些影响通常可以忽略不计，但可以通过当前技术进行测量。

即使被认为是“纯”的，许多天然聚合物（包括DNA、蛋白质和碳水化合物）也具有可变的化学成分。除非它们的化学计量一致且分子量均一（单分散），否则聚合物通常不被视为“纯化学化合物”。由于同位素差异，在这种特殊情况下，它们仍然可能违反该定律。