Французский химик К. Л. Верлолле (именно в его честь названа бертолетова соль) утверждал, что элементы могут соединяться друг с другом в любых пропорциях в зависимости от массы реагирующих веществ. Например, если ввести в реакцию немного железа и большой избыток серы, то получившееся вещество — сульфид железа — должно содержать по массе больше серы, чем железа. И наоборот, если же в реакции будет участвовать много железа и мало серы, в продукте будет по массе больше железа.
С такой точкой зрения решительно не был согласен современник и соотечественник Бертолле Луи Жозеф Пруст (1755-1826). Пруст значительную часть жизни прожил в Испании и был профессором химии в Мадриде.
В 1799 году он провёл анализ природного малахита и синего порошка, полученного в лаборатории из растворов медного купороса и соды. Оказалось, что оба вещества имеют один и тот же постоянный состав.
В последующие пять лет Пруст проанализировал различные соединения олова, сурьмы и железа, добытые из разных природных источников или полученные разными методами в лаборатории.
Он показал, что отношение масс элементов, входящих в эти вещества, всегда постоянно независимо от их источника или способа получения. Так, было известно два разных вещества, состоящих из железа и серы.
Одно из них — минерал пирротин представляет собой жёлтые кристаллы, обладающие магнитными свойствами.
Как показал Пруст, в этом минерале на 7 массовых частей железа приходится 4 части серы.
Точно такой же состав имел порошок, полученный в лаборатории при нагревании железного порошка с серой или при пропускании сероводорода через раствор железного купороса. Другой состав имеет ещё один минерал, содержащий железо и серу.
Это очень красивый минерал пирит, образующий большие кубические кристаллы латунно-жёлтого цвета, блестящие, как металл.
Такой же состав, как у пирита, имеет и минерал марказит, его маленькие блестящие кристаллики стального цвета используют как украшение.
В обоих минералах на 7 массовых частей железа приходится 8 частей серы, то есть вдвое больше, чем в пирротине. Вещество такого состава можно получить и в лаборатории.
В результате многих опытов Пруст установил, что если какой-нибудь элемент образует с другим (чаще всего с кислородом или серой) два или более соединений, то их состав при переходе от одного к другому меняется не постепенно, а скачком. Это означает, что никаких «промежуточных форм» между веществами определённого состава не существует.
На основании большого экспериментального материала Пруст сформулировал закон постоянства состава — каждое определённое химическое соединение независимо от способа его получения состоит из одних и тех же элементов в одних и тех же пропорциях.
Очевидно, что этот закон весьма близок к закону кратных отношений Дальтона. Открытие этих законов привело в дальнейшем к важному для химии понятию валентности, о котором речь впереди.
Бертолле же считал, что состав веществ может меняться непрерывно.
Между Бертолле и Прустом завязалась ожесточённая дискуссия. Каждый химик отстаивал свою правоту.
В конце концов победила теория Пруста.
С точки зрения теории Дальтона в таких «скачках» и постоянстве состава каждого вещества нет ничего удивительного.
Все вещества следует рассматривать как соединённые друг с другом атомы, причём соединяться они могут только в определённых пропорциях. Так, состав пирротина соответствует химической формуле FeS, а состав пирита или марказита — формуле FeS2.
Пруст считал, что никаких «промежуточных» веществ состава, например, FeS15 не существует.
В честь Дальтона вещества постоянного состава стали называть дальтонидами.
Однако со временем выяснилось, что в некоторых случаях всё же справедлива точка зрения Бертолле. Типичный пример — соединения, образованные двумя металлами.
В некоторых случаях их состав может быть переменным.
Например, натрий Na и олово Sn образуют по крайней мере девять соединений, состав которых меняется от NaSn6 до Na4Sn. Другой пример: оксиды свинца (РbО) и титана (ТiO2) могут образовывать соединение (титанат свинца), состав которого немного отличается от строгой формулы РbТiO3 из-за того, что соотношение оксидов в этом веществе может плавно меняться в некоторых пределах.
Оказалось, что таких веществ переменного состава множество. Так, точные анализы показали, что формулу минерала пирротина правильнее записывать не FeS, a FeS1-x, где х принимает значение от 0 до 0,17, то есть в кристаллах может находиться довольно заметный избыток серы.
Блестящие кристаллики натриевовольфрамовой бронзы золотистого цвета состава NaWO3 по мере удаления из них натрия меняют свой цвет сначала на красный, потом на фиолетовый и, наконец, становятся сине-зелёными.
При этом их состав отвечает формуле NaO3WO3. Подобные вещества крупнейший специалист в области физической химии академик Николай Семёнович Курнаков (1860-1941) в 1912 году предложил называть бертоллидами.