¿Qué es la Ley de las Proporciones Constantes o Ley de Proust?

Anión bistriflimida
Modelo barras y bolas del anión bistriflimida

En química, la Ley de las Proporciones Constantes , o Ley de las Proporciones Definidas, sostiene que un compuesto químico siempre está formado por la misma proporción en masa de sus elementos constituyentes independientemente del método de preparación o fuente de obtención.

Esta ley fue enunciada a finales del siglo XVIII por el químico francés Joseph Louis Proust, por lo que también se conoce como Ley de Proust, y la siguió desarrollando durante principios del siglo XIX. Junto a la Ley de las Proporciones Múltiples, del químico británico John Dalton, constituyen las dos leyes básicas de la estequiometría.

Ejemplo de proporciones constantes en un compuesto

Fundamentalmente, la Ley de las Proporciones Constantes se debe al hecho de que un determinado elemento siempre está formado por el mismo tipo de átomos. Por ejemplo, un átomo de oxígeno siempre es un átomo de oxígeno con el mismo peso atómico.

Pongamos como ejemplo el agua (H2O), un compuesto sencillo formado por dos tipos de elementos, hidrógeno y oxígeno.

El oxígeno representa 8/9 de la masa total de cualquier muestra de agua, mientras que el hidrógeno representa el 1/9 restante. El ratio de masas hidrógeno:oxígeno en el agua es siempre 1:8, ya sea agua del mar, de un río, de un lago o de una fuente.

Del mismo modo, si se analiza el dióxido de carbono (CO2), siempre se obtendrá un ratio de masa 3:8.

Otro ejemplo. La sal común es un compuesto iónico formado por cloro y sodio (NaCl). El peso atómico del sodio es 23 y el del cloro es 35. De ahí se puede deducir que 58 gramos de sal contienen siempre 23 gramos de sodio y 35 de cloro.

Historia de la Ley de la Proporciones Constantes

La Ley de las Proporciones Constantes puede parecer obvia en la actualidad para cualquier químico, hasta el punto de que es una ley implícita en la propia definición de compuesto, pero cuando Proust la comenzó a difundir fue muy criticada.

No sería hasta los postulados de Dalton y su teoría atómica cuando la Ley de las Proporciones Constantes comenzó a ser aceptada.

Joseph Louis Proust (1754-1826)
Joseph Louis Proust (1754-1826)

Proust realizó numerosos experimentos con compuestos inorgánicos binarios, sobre todo sulfatos, sulfuros y óxidos metálicos, y de estos experimentos dedujo la Ley de las Proporciones Constantes. La primera vez que se publicó fue en un artículo sobre óxidos de hierro de 17742.

Previamente, Joseph Priestly y Antoine Lavoisier, propusieron la proporción constante para los fenómenos de oxidación de metales con oxígeno y la extendieron a todos los fenómenos de combustión conocidos, pero Proust la postuló para cualquier tipo de compuesto o combinación de elementos.

Uno de los principales opositores a la Ley de Proust fue Claude Louis Berthollet, quien seguía sosteniendo que los elementos se podían combinar en cualquier proporción, pero hay que tener en cuenta que por entonces la distinción entre compuesto y mezcla todavía no estaba muy bien desarrollada.

La Ley de las Proporciones Constantes encajaba perfectamente con la teoría atómica de Dalton de los primeros años del siglo XIX, considerada la primera teoría atómica con base científica. De hecho, la Ley de las Proporciones Constantes contribuyó notablemente a que Dalton pudiera desarrollar su teoría.

Compuestos no estequiométricos

Los llamados compuestos no estequiométricos se definen como compuestos químicos cuya composición atómica elemental no se puede representar mediante números enteros y cuya composición en masa puede variar de una muestra a otra, lo que hace que la Ley de las Proporciones Constantes, aún siendo muy útil en la práctica, no sea universalmente verdadera.

Un ejemplo muy conocido en la wustita, un mineral compuesto por óxido de hierro (II) u óxido ferroso pero en el que puede haber entre un 23 y un 25% de oxígeno en masa y cuya fórmula elemental puede variar desde Fe0.83O hasta Fe0.95O.

La fórmula ideal del óxido de hierro (II) es FeO, pero debido a la estructura cristalina que adopta a nivel molecular en la wustita, puede haber variaciones con átomos ausentes o con átomos de otros elementos sustituyendo a los átomos de hierro u oxígeno en ciertas posiciones.

Es decir, los compuestos no-estequiométricos que no siguen las proporciones constantes tendrían su explicación en defectos cristalográficos.

Defectos cristalográficos en los compuestos no-estequiométricos
Defectos cristalográficos en los compuestos no-estequiométricos

Por otro lado, la ley de las proporciones constantes tampoco se cumple del todo en los compuestos estequiométricos que sí deberían seguir la ley de las proporciones constantes. La existencia de isótopos puede hacer que diferentes muestras de un mismo compuesto tengan un ratio de masa entre sus elementos diferente.

Las diferencias debidas a los isótopos son tan pequeñas que no pudieron ser detectadas por Proust con la tecnología disponible en su época, cuando todavía ni siquiera se conocía la existencia de átomos y mucho menos de isótopos.

Referencias
  1. Proust's Law of Constant Proportion. LibreTexts: Chemistry.
  2. Jaime Wisniak. (2012). Joseph Louis Proust. Revista CENIC Ciencias Químicas 43.