Loi de composition constante en chimie

En chimie, la loi de composition constante (également connue sous le nom de loi de proportions définies) indique que des échantillons d'un composé contiennent toujours le même éléments dans le même Masse proportion. Cette loi, ainsi que la loi des proportions multiples, est la base de la stoechiométrie en chimie.

En d'autres termes, peu importe comment un composé est obtenu ou préparé, il contiendra toujours les mêmes éléments dans la même proportion massique. Par exemple, le dioxyde de carbone (CO₂) contient toujours du carbone et de l'oxygène dans un rapport massique de 3: 8. Eau (H₂O) se compose toujours d'hydrogène et d'oxygène dans un rapport massique de 1: 9.

La découverte de cette loi est créditée au chimiste français Joseph Proust, qui, à travers une série d'expériences menées de 1798 à 1804, a conclu que les composés chimiques consistaient en une composition spécifique. Considérant que la théorie atomique de John Dalton commençait tout juste à expliquer que chaque élément consistait en un type d'atome et à l'époque, la plupart des scientifiques croyaient encore que les éléments pouvaient se combiner dans n'importe quelle proportion, les déductions de Proust étaient exceptionnel.

Lorsque vous travaillez avec des problèmes de chimie en utilisant cette loi, votre objectif est de rechercher le rapport de masse le plus proche entre les éléments. Ce n'est pas grave si le pourcentage est à quelques centièmes de moins. Si vous utilisez des données expérimentales, la variation peut être encore plus importante.

Par exemple, disons qu'en utilisant la loi de composition constante, vous voulez démontrer que deux échantillons d'oxyde cuivrique respectent la loi. Votre premier échantillon était de 1,375 g d'oxyde cuivrique, qui a été chauffé à l'hydrogène pour donner 1,098 g de cuivre. Pour le deuxième échantillon, 1,179 g de cuivre ont été dissous dans de l'acide nitrique pour produire du nitrate de cuivre, qui a ensuite été brûlé pour produire 1,476 g d'oxyde cuivrique.

Pour résoudre le problème, vous devez trouver le pourcentage en masse de chaque élément dans chaque échantillon. Peu importe que vous choisissiez de trouver le pourcentage de cuivre ou le pourcentage d'oxygène. Vous devez simplement soustraire l'une des valeurs de 100 pour obtenir le pourcentage de l'autre élément.

Notez ce que vous savez:

Dans le premier échantillon:

oxyde de cuivre = 1,375 g
cuivre = 1,098 g
oxygène = 1,375 - 1,098 = 0,277 g

pourcentage d'oxygène dans CuO = (0,277) (100%) / 1,375 = 20,15%

Pour le deuxième échantillon:

cuivre = 1,179 g
oxyde de cuivre = 1,476 g
oxygène = 1,476 - 1,179 = 0,297 g

pourcentage d'oxygène dans CuO = (0,297) (100%) / 1,476 = 20,12%

Les échantillons suivent la loi de composition constante, permettant des chiffres significatifs et des erreurs expérimentales.

Il s'avère qu'il existe des exceptions à cette règle. Il existe certains composés non stoechiométriques qui présentent une composition variable d'un échantillon à l'autre. Un exemple est la wustite, un type d'oxyde de fer qui peut contenir de 0,83 à 0,95 fer par oxygène.

De plus, comme il existe différents isotopes d'atomes, même un composé stoechiométrique normal peut afficher des variations de composition de masse, selon l'isotope des atomes qui est présent. En règle générale, cette différence est relativement faible, mais elle existe et peut être importante. La proportion massique d'eau lourde par rapport à l'eau ordinaire en est un exemple.