Хімíчний еквівалéнт — це умовна частинка, в ціле число разів менша від відповідної формульної одиниці або ж рівна їй. Еквівалент може бути визначений для речовини, іону, іншого стійкого угрупування атомів. Одна формульна одиниця речовини X містить z(X) еквівалентів, тут ціле число z(X) називають числом еквівалентності. Еквівалент відповідає переносу 1 катіона гідрогену в реакції нейтралізації, 1 електрона в окисно-відновній реакції, заряду іону величини 1.
Хімічний еквівалент | |
Позначення одиниці | equiv, Eq і val |
---|---|
В основній одиниці СІ | 1 моль |
Фізична величина | кількість речовини |
Частіше поняттям еквівалента оперує неорганічна хімія, зрідка також і органічна. Число еквівалентності речовини залежить не лише від типу реакції, до якої вона входить, а й навіть від самої реакції. Тим не менше, використання цього поняття дозволяє систематизувати й компактизувати розрахунки.
Логіка виникнення поняття
Ще алхіміки зрозуміли, що речовини взаємодіють одна з іншою у певних, наперед визначених природою речовин та умовами взаємодії, відношеннях (т. зв. «стехіометричні співвідношення»). Спочатку для фіксації цих відношень використовували маси, і побачити якісь закономірності у відношеннях мас взаємодіючих речовин було дуже складно. Попри це, саме тоді був закладений ґрунт для пізнішого формулювання закону еквівалентів. Формулювання закону кратних відношень, подальше впорядкування хімічних елементів у періодичну систему і введення поняття кількості речовини з відповідною одиницею вимірювання (моль) дали змогу встановити, що кількості речовин, які входять до реакції, пропорційні невеликим цілим числам. Це є вираженням того факту, що молекула входить до реакції з одною чи кількома іншими молекулами. Тепер якщо захотіти подальшого спрощення, а саме щоб речовини, виміряні в якихось величинах, взаємодіяли одна із одною 1:1, то виявиться, що достатньо взяти таку фізичну величину, як кількість речовини, але вимірювати нею не самі речовини, а їхні еквіваленти.
Застарілі визначення
Еквівалент речовини — це така її кількість, що хімічно еквівалентна 1 моль атомів Гідрогену, ½ моль атомів Оксигену чи еквівалентній кількості будь-якої іншої речовини. Тут «хімічно еквівалентна 1 моль атомів Гідрогену» означає: з'єднується з 1 моль атомів Гідрогену або заміщує таку саму кількість атомів Гідрогену в хімічних реакціях.
Також раніше замість поняття молярної маси еквіваленту використовували «нову одиницю» грам-еквівалент, а зрідка ще й замість поняття кількості речовини еквіваленту — «нову одиницю» моль-еквівалент.
Типи хімічного еквіваленту
Спосіб визначення еквіваленту речовини, а саме числа еквівалентності z(X), суттєво залежить від типу хімічної реакції. В реакціях обміну визначають обмінний еквівалент, або просто еквівалент. В окисно-відновних реакціях визначають електрохімічний еквівалент. Також можна визначити еквівалент атома чи стійкої групи атомів у сполуці, фактично так само, як обмінний еквівалент.
Обмінний еквівалент
Еквівалентом є частинка, яка в реакції обміну несе 1 електричний заряд (позитивний або негативний). Отже, число еквівалентності z(X) дорівнює кількості зарядів (одного знаку), які вносить в реакцію частинка (іон, молекула чи формульна одиниця) — «нейтралізовуваний заряд». Також можна сказати, що z(X) дорівнює кількості електронних пар, що беруть участь в реакції, — таких, що несе частинка або з якими взаємодіє.
Приклади:
- Fe(OH)3↓ + 3HCl = FeCl3 + 3H2O: іонна форма: Fe(OH)3↓ + 3H+ = Fe3+ + 3H2O
- z(H+) = z(HCl) = 1, z(Fe(OH)3) = z(Fe3+) = 3
- Для однозарядної частинки (H+, OH–) завжди z = 1. Хоча Cl– безпосередньо не бере участі в реакції, за законом еквівалентів можна визначити z(Cl–) = 1.
- Na2HPO4 + CaCl2 = CaHPO4↓ + 2NaCl: іонна форма: HPO2–
4 + Ca2+ = CaHPO4↓
- z(Na2HPO4) = z(HPO2–
4) = z(Ca2+) = z(CaHPO4) = 2 - Хоча фосфат-аніон PO3–
4 має заряд 3, в цій реакції беруть участь лише 2 одиниці цього заряду, тоді як третя залишається блокованою катіоном H+.
- Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4]: іонна форма: Zn(OH)2 + 2OH– = [Zn(OH)4]2–
- z(OH–) = z(NaOH) = 1, z([Zn(OH)4]2–) = z(Zn(OH)2) = 2
- Формульна одиниця гідроксиду Zn(OH)2 приєднує 2 негативних заряди (у складі гідроксогруп). Значення числа еквівалентності z(Zn(OH)2) також можна визначити за законом еквівалентів (спираючись на z(NaOH)=1 та стехіометричні коефіцієнти) або виходячи з того факту, що ця частинка взаємодіє із двома неподіленими парами електронів і утворює два нових ковалентних зв'язки.
Еквівалент елемента або іону в речовині:
- MgO: Речовина побудована з іонів Mg2+ та O2–, число еквівалентності кожного з них дорівнює абсолютній величині заряду, тобто 2. Так само z(MgO) = 2, приміром:
- MgO + 2HCl = MgCl2 + H2O
- CH4
- Можна визначити ступені окиснення і з них так само, як вище, числа еквівалентності: z(H) = 1, z(C) = 4. З іншого боку, z(H) = 1 завжди, і за законом еквівалентів знов-таки z(C) = 4.
- Na2HPO4
- z(Na+) = 1, а далі слід визначитися з розділенням формульної одиниці на катіон та аніон, тобто конкретизувати реакцію, в якій ця речовина візьме участь. Так, в реакції з Ca2+ (див. вище) фрагмент HPO2–
4 зберігається як єдине ціле, тому z(HPO2–
4) = 2 = z(Na2HPO4). Але в реакції з твердим лугом чи концентрованим його розчином: - Na2HPO4 + NaOH = Na3PO4 + H2O: «зберігається» фрагмент Na2PO–
4 і відщеплюється катіон H+, тож z(Na2PO–
4) = 1 = z(Na2HPO4), що підтверджується і законом еквівалентів (стехіометричне співвідношення 1:1 при z(NaOH) = 1).
- CaCO3
- Традиційний запис, згідно із зарядами іонів, z(Ca2+) = z(CO2–
3) = z(CaCO3) = 2. Але це не єдиний можливий варіант. Розглянемо реакції: - CaCO3↓ + 2H+ = Ca2+ + CO2↑ + H2O: CaCO3↓ + H+ = Ca2+ + HCO–
3 - В першій «нейтралізовуваний заряд» збігається із зарядом іонів і вищенаведена відповідь 2 правильна. У другій із 2 одиниць заряду іону CO2–
3 нейтралізується лише одна, тому z(CO2–
3) = z(CaCO3) = 1.
- Na2O2
- Речовина побудована з іонів Na+ та O2–
2, їхні числа еквівалентності 1 і 2 відповідно. Угрупування O2–
2 тут є стійким, отже, еквівалент Оксигену визначати немає сенсу, але якщо це все ж таки зробити, отримаємо z(O) = 1 замість очікуваного 2. Це є наслідком того, що одна валентність кожного з атомів Оксигену витрачається на формування зв'язку з іншим.
Як витікає з наведених прикладів, застосування поняття еквіваленту елемента в речовині несе найбільшу користь у випадку бінарних речовин з аніоном та катіоном простої будови.
Електрохімічний еквівалент
Електрохімічний еквівалент — це умовна чи реальна частинка, яка в окисно-відновній реакції віддає або приймає 1 електрон. Так само залежить від реакції для переважної більшості окисників і відновників. Приміром, катіон Fe3+ можна відновити до Fe2+, тоді z(Fe3+) = 1, або ж одразу до вільного заліза Fe0, тоді z(Fe3+) = 3.
Еквівалентні величини
Для еквівалентів визначають ті ж самі величини, що й для речовин. З урахуванням того, що для частинки X число еквівалентності z означає еквівалент 1⁄zX, відповідні формули виписати легко.
- Молярна маса еквівалентів:
- Кількість речовини еквівалентів:
Завдяки такому вигляду співвідношень, масу речовини обчислюють однаково як за молярними величинами, так і за еквівалентними:
Інколи для еквівалентних величин використовують синонімічні позначення Mекв(X), nекв(X).
Звичайне правило обчислення молекулярної маси речовини X, яка складається з аніону An та Kt, та той факт, що еквіваленти з'єднуються в кількісному співвідношенні 1:1, дають таку формулу:
Із поняття кількості речовини еквівалентів можна вивести молярну концентрацію еквівалентів (застаріле «(нормальність)»):
- ,
де V — об'єм розчину.
Див. також
- (Закон еквівалентів)
Посилання
- . Архів оригіналу за 4 листопада 2014. Процитовано 4 листопада 2014. (англ.)
- ЕКВІВАЛЕНТ ХІМІЧНИЙ [ 10 березня 2016 у Wayback Machine.] // Фармацевтична енциклопедія
Джерела
- Эквивалент химический // Химическая энциклопедия : в 5 т. / гл. ред. Н. С. Зефиров. — М. : Большая Рос. энцикл., 1998. — Т. 5 : Триптофан — Ятрохимия. — Стб. 802. — Библиогр. в конце ст. — .(рос.)
- Глосарій термінів з хімії / уклад. Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Дон. : Вебер, 2008. — 738 с. — .
Цю статтю треба для відповідності Вікіпедії. (травень 2015) |
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет