Lei das proporções múltiplas

Na química, a lei das proporções múltiplas afirma que, se dois elementos formam mais de um composto, então as proporções das massas do segundo elemento que se combinam com uma massa fixa do primeiro elemento serão sempre serão razões de pequenos números inteiros. Essa lei também é conhecida como Lei de Dalton, em homenagem a John Dalton, o químico que a expressou pela primeira vez.

Por exemplo, Dalton sabia que o elemento carbono forma dois óxidos combinando-se com o oxigênio em diferentes proporções. Uma massa fixa de carbono, digamos 100 gramas, pode reagir com 133 gramas de oxigênio para produzir um óxido ou com 266 gramas de oxigênio para produzir o outro. A proporção das massas de oxigênio que podem reagir com 100 gramas de carbono é 266:133 = 2:1, uma proporção de pequenos números inteiros. Dalton interpretou esse resultado em sua teoria atômica propondo (corretamente neste caso) que os dois óxidos têm um e dois átomos de oxigênio, respectivamente, para cada átomo de carbono. Na notação moderna, o primeiro é CO (monóxido de carbono) e o segundo é CO₂ (dióxido de carbono).

John Dalton expressou essa observação pela primeira vez em 1804. Alguns anos antes, o químico francês Joseph Proust havia proposto a lei das proporções definidas, que expressava que os elementos se combinavam para formar compostos em certas condições bem- proporções definidas, em vez de misturar em qualquer proporção; e Antoine Lavoisier provou a lei da conservação da massa, que também ajudou Dalton. Um estudo cuidadoso dos valores numéricos reais dessas proporções levou Dalton a propor sua lei de proporções múltiplas. Este foi um passo importante em direção à teoria atômica que ele proporia no final daquele ano e lançou as bases para as fórmulas químicas dos compostos.

Outro exemplo da lei pode ser visto comparando o etano (C₂H₆) com o propano (C₃H ₈). O peso do hidrogênio que se combina com 1 g de carbono é 0,252 g no etano e 0,224 g no propano. A proporção desses pesos é 1,125, que pode ser expressa como a proporção de dois pequenos números 9:8.

Limitações

A lei das proporções múltiplas é melhor demonstrada usando compostos simples. Por exemplo, se alguém tentasse demonstrá-lo usando os hidrocarbonetos decano (fórmula química C₁₀H₂₂) e undecano (C₁₁H₂₄), descobriríamos que 100 gramas de carbono poderiam reagir com 18,46 gramas de hidrogênio para produzir decano ou com 18,31 gramas de hidrogênio para produzir undecano, para uma proporção de massas de hidrogênio de 121:120, o que dificilmente é uma proporção de "pequena" números inteiros.

A lei falha com compostos não estequiométricos e também não funciona bem com polímeros e oligômeros.

História

A lei das proporções múltiplas foi uma prova fundamental da teoria atômica, mas é incerto se Dalton descobriu a lei das proporções múltiplas por acidente e depois usou a teoria atômica para explicá-la, ou se sua lei foi uma hipótese que ele propôs em para investigar a validade da teoria atômica.

Em 1792, Bertrand Pelletier descobriu que uma certa quantidade de estanho se combina com uma certa quantidade de oxigênio para formar um óxido de estanho, ou o dobro da quantidade de oxigênio para formar um óxido diferente. Joseph Proust confirmou a descoberta de Pelletier e forneceu medições da composição: um óxido de estanho é 87 partes de estanho e 13 partes de oxigênio, e o outro é 78,4 partes de estanho e 21,6 partes de oxigênio. Provavelmente eram óxido de estanho(II) (SnO) e dióxido de estanho (SnO₂), e suas composições reais são 88,1% de estanho—11,9% de oxigênio e 78,7% de estanho—21,3% de oxigênio.

Os estudiosos que revisaram os escritos de Proust descobriram que ele tinha dados suficientes para ter descoberto a lei das proporções múltiplas sozinho, mas de alguma forma ele não o fez. Com relação aos óxidos de estanho acima mencionados, se Proust tivesse ajustado seus números para um teor de estanho de 100 partes para ambos os óxidos, ele teria notado que 100 partes de estanho se combinariam com 14,9 ou 27,6 partes de oxigênio. 14,9 e 27,6 formam uma proporção de 1:1,85, que é 1:2 se for perdoado o erro experimental. Parece que isso não ocorreu a Proust, mas ocorreu a Dalton.