A gázreakciók meghatározott térfogatarányban mennek végbe. A víz elektromos áram hatására hidrogénre és oxigénre bomlik, a keletkező két gáz térfogataránya mindig 2 : 1. A hidrogén és a klór 1 : 1 térfogatarányban egyesül hidrogén-kloriddá.

Vizsgáljuk meg, mi jellemző az említett két kémiai reakció tömegviszonyaira! Hogyan alakul a többi anyag tömege például 9 g, illetve 100 g vízből, valamint ugyanennyi hidrogénből kiindulva (a felírt tömegértékek mérési eredmények):

A tömegmegmaradás törvénye értelmében a reakcióban részt vevő anyagok tömegének összege megegyezik a termékek tömegének összegével.

Az is érdekes, hogy nem akármilyen tömegarányban lépnek reakcióba a kiindulási anyagok.

Sok mérési eredmény, vizsgálat alapján állíthatjuk, hogy az anyagok jellemző tömegarányban alkothatnak új anyagokat.

A jellemző tömegarány többféle is lehet. A nátrium a klórral mindig 46 : 71 tömegarányban alkotja a konyhasót, a vas a klórral viszont 56 : 71 és 112 : 213 tömegarányban is alkot vas-kloridot. A kétféle arány azonban két különböző tulajdonságú (eltérő színű, olvadáspontú, vízoldhatóságú, stb.), azaz eltérő kémiai szerkezetű vas-kloridot jelent. Egy adott, kémiailag tiszta anyag mindig azonos tömegarányban tartalmazza az alkotórészeit.

Joseph Louis Proust (1754-1826) francia tudós írta le először az állandó súlyviszonyok törvényét, amelyben azt állította, hogy az anyagok mindig ugyanolyan arányban vegyülhetnek egymással.

Claude Louis Berthollet (1748-1822) francia tudós viszont rájött, hogy két anyag többféle arányban is reagálhat egymással, ezzel megalkotta a többszörös súlyviszonyok törvényét.

Fizikai ismereteink alapján ma a két törvény nevét helyesebben állandó, illetve többszörös tömegviszonyok törvényének nevezhetnénk.

Mérjünk ki azonos tömegű vasport és kénport. Dörzsmozsárban keverjük össze a két anyagot, majd töltsünk meg a keverékkel egy kémcsövet kb. az egyharmadáig. Tartsuk Bunsen-égő lángjába a kémcsövet, és amikor láthatóan megindul a reakció, távolítsuk el a lángtól. Mit figyelhetünk meg?

Melegítés hatására a keverék felizzik. Az izzás akkor is folytatódik, amikor már nem melegítjük a kémcsövet. A kémcsőből általában kellemetlen, szúrós szagú gáz is távozik.

A kén és a vas vas-szulfiddá egyesül (a szulfid elnevezés a kén latin nevéből, a sulphur-ból származik). A reakció exoterm, beindításához azonban melegíteni kell a keveréket. Az aktiválási energia közlése után a folyamat már további melegítés nélkül is, hő- és fénykisugárzás közben megy végbe.

A reakcióban a kén és a vas tömegaránya állandó: 4 : 7. Ha azonos tömegű kén- és vasport keverünk össze, akkor a reakcióban kisebb tömegarányban résztvevő kén egy része megmarad, illetve a kémcsőben lévő levegő oxigénjével szúrós szagú kén-dioxid-gázzá egyesül.

Hogyan alkalmazhatjuk az állandó tömegviszonyok törvényét a számításokban?

A kémiai reakciókra érvényes:

• a tömegmegmaradás törvénye. Ennek alapján a reakcióba lépő anyagok tömegének összege megegyezik a reakciótermék(ek) össztömegével.
• az állandó tömegviszonyok törvénye. Ennek alapján a vegyülő anyagok – egy adott kémiai reakció esetén – mindig azonos tömegarányban reagálnak egymással. Vannak olyan anyagok, amelyek többféle arányban is vegyülhetnek egymással, de ekkor a reakció terméke más!