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Gesetz der konstanten Proportionen
Das Gesetz der konstanten Proportionen besagt, dass die Elemente in einer bestimmten chemischen Verbindung immer im gleichen Massenverhältnis vorkommen.
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Kernaussage und Bedeutung
Das Gesetz der konstanten Proportionen besagt: In einer bestimmten chemischen Verbindung kommen die beteiligten Elemente immer im gleichen Massenverhältnis vor. Das Massenverhältnis gibt an, welchen Anteil an der Masse der Verbindung jedes Element besitzt.
Beispiel: Natriumchlorid besteht stets aus 39 % Natrium und 61 % Chlor. Das Gesetz bildet einen Ausgangspunkt der Stöchiometrie, also der Berechnung von Mengen- und Massenverhältnissen bei chemischen Reaktionen und Verbindungen. Es wird nach Joseph-Louis Proust auch Proustsches Gesetz genannt.
Entwicklung und Überprüfung
Proust formulierte das Gesetz 1797. Von 1797 bis 1809 bestätigte er es durch zahlreiche Experimente und Analysen von Mineralien und Oxiden. Unter anderem veröffentlichte er seine Ergebnisse 1797 und 1799. Praktisch arbeitenden Chemikern war die Regel allerdings bereits im 18. Jahrhundert bekannt; die französische Enzyklopädie bezeichnete sie 1765 als ein Dogma von ewiger Wahrheit.
Claude Louis Berthollet kritisierte das Gesetz 1803 in seinem „Essai de statique chimique“. Er meinte, chemische Verbindungen könnten innerhalb gewisser Grenzen beliebige Mengenverhältnisse besitzen. Proust zeigte jedoch, dass die von Berthollet untersuchten Oxide Mischungen verschiedener Oxide desselben Metalls waren. In jedem einzelnen Oxid blieb das Verhältnis von Metall zu Sauerstoff konstant.
Im 19. Jahrhundert wurde das Gesetz erneut gründlich überprüft: von Jöns Jakob Berzelius ab 1810 und von Jean Servais Stas 1860 und 1865. Stas führte dabei sehr genaue Bestimmungen der Atomgewichte durch.
Verwandte stöchiometrische Gesetze
John Dalton erweiterte die Regel zum Gesetz der multiplen Proportionen. Es betrifft Fälle, in denen zwei Elemente mehrere verschiedene Verbindungen bilden: Die einzelnen Verbindungen besitzen jeweils bestimmte, konstante Mengenverhältnisse. Prousts Erklärung der von Berthollet untersuchten Oxidgemische nahm dieses meist Dalton zugeschriebene Gesetz bereits vorweg.
Ein weiteres, schärferes stöchiometrisches Gesetz stammt von Jeremias Benjamin Richter aus dem Jahr 1792. Es besagt, dass sich Elemente im Verhältnis ihrer Äquivalentgewichte zu Verbindungen zusammenfinden.
Erklärung durch das Teilchenmodell
Die Beobachtungen von Proust und anderen waren ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zu Daltons Atomhypothese. Konstante Massenverhältnisse lassen sich dadurch erklären, dass eine Verbindung aus ihren Teilchen in einem festen Zahlenverhältnis aufgebaut ist und die beteiligten Teilchen bestimmte Massen besitzen.
Natriumchlorid enthält gleich viele Natrium- und Chlorteilchen. Da ein Chlorteilchen um die Hälfte schwerer als ein Natriumteilchen ist, entsteht stets dasselbe Massenverhältnis von 39 % Natrium zu 61 % Chlor.
Weitere Beispiele
Für Kupfer(I)-sulfid gilt näherungsweise das Massenverhältnis m(Cu) : m(S) = 4 : 1. Das Stoffmengenverhältnis, also das Verhältnis der Teilchenmengen, beträgt dagegen n(Cu) : n(S) = 2 : 1. Ein Kupferteilchen ist dabei zweimal so massereich wie ein Schwefelteilchen.
In Schwefelsäure stehen die Stoffmengen von Wasserstoff, Schwefel und Sauerstoff im festen Verhältnis n(H) : n(S) : n(O) = 2 : 1 : 4. Die Beispiele zeigen zugleich den Unterschied zwischen Masse m und Stoffmenge n: Ein festes Teilchenzahlenverhältnis muss wegen unterschiedlicher Teilchenmassen nicht mit dem Massenverhältnis übereinstimmen.