Uno de sus aportes más relevantes a la teoría química fue su oposición a la ley de las proporciones definidas, propuesta por Proust. Según esta ley, los compuestos siempre están formados por elementos combinados en proporciones fijas. Sin embargo, Berthollet observó que en ciertos casos, especialmente en disoluciones y sistemas en equilibrio, las proporciones podían variar. Esta visión dio origen al concepto de compuestos no estequiométricos, también llamados bertólidos, cuya composición fluctúa dentro de ciertos límites sin perder identidad química. Estas ideas, aunque controversiales en su época, abrieron el camino a una comprensión más amplia de la estructura de la materia.
Berthollet también introdujo el concepto de equilibrio químico, anticipando la noción moderna de equilibrio dinámico en reacciones reversibles. Su enfoque integraba observación empírica y razonamiento lógico, sentando bases para el desarrollo de la termodinámica química. Aunque la ley de Proust se impuso para describir la mayoría de los compuestos estequiométricos o daltonidas, hoy se reconoce que Berthollet tenía razón en contextos donde los defectos cristalinos y la variabilidad estructural permiten desviaciones significativas. Su legado perdura en la forma en que entendemos la flexibilidad y la complejidad del comportamiento químico.
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