3.2.6. Закон эквивалентов (в. Рихтер, 1793 г.)

Из закона постоянства состава следует, что химические элементы соединяются друг с другом в строго определенных количественных соотношениях.

Возьмем, например, ряд соединений, в состав которых входит элемент водород: HCl – хлороводород, H₂O – вода, NH₃ – аммиак, CH₄  метан.

Атомы водорода соединяются со строго определенным числом атомов другого элемента, а поскольку атом каждого элемента имеет вполне определенную атомную массу, то количества соединяющихся друг с другом элементов строго определены. Так, в приведенных соединениях, формулы которых НС1, Н₂О, NH₃ и СН₄, на 1 атом водорода приходится: 1 атом хлора, 1/2 атома кислорода, 1/3 атома азота, 1/4 атома углерода.

Химическим эквивалентом элемента называется реальная или условная частица, которая может присоединять, замещать, высвобождать или каким – либо другим образом быть равноценна одному иону водорода H⁺ в ионообменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

Исходя из определения, эквивалент для водорода равен 1 атому, а все, что соединяется, замещает или иным образом соответствует 1 атому водорода, будет эквивалентом другого вещества.

Так, в вышеприведенных соединениях НСl, Н₂О, NН₃ и СН₄ эквивалент хлора будет равен 1 атому, кислорода – 1/2 атома, азота – 1/3 атома и углерода – 1/4 атома. Понятно, что 3 последние частицы являются не реальными, а условными.

Эквивалент элемента в соединении легко рассчитать по формуле:

Э = 1/В, где

Э – эквивалент элемента;

В – валентность элемента в соединении.

Количество эквивалентов вещества выражают в молях.

Масса 1 моль эквивалентов вещества называется молярной массой его эквивалента (M_экв).

Размерность молярной массы эквивалента – [г/моль].

Молярную массу эквивалента элемента можно рассчитать по формуле

M_экв = М/В,

где M_экв – молярная масса эквивалента элемента; М – молярная масса элемента; В – валентность элемента в соединении.

Так, в приведенных выше примерах молярные массы эквивалентов хлора, кислорода, азота и углерода соответственно равны:

М_экв (Cl) = 35,5/1 = 35,5 г/моль,

М_экв (O) = 16/2 = 8 г/моль,

М_экв (N) = 14/3 = 4,66 г/моль,

М_экв (C) = 12/4 = 3 г/моль.

Понятия об эквивалентах и молярных массах эквивалентов распространяются также на сложные вещества.

Эквивалентом сложного вещества называется такое его количество, которое взаимодействует без остатка с одним эквивалентом водорода или с одним эквивалентом любого другого вещества.

Для определения эквивалентов простых и сложных веществ удобно использовать понятие фактор эквивалентности f.

Фактором эквивалентности для вещества (f) называется число, показывающее какая доля частицы (атома, молекулы) этого вещества равноценна одному иону водорода H⁺ в реакциях обмена или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

Эквивалент элемента можно рассчитать по формуле:

Э = 1 ∙ f_элем. = 1/В.

В свою очередь, фактор эквивалентности может быть найден:

для элемента – f_элем. = 1/валентность элемента

для кислоты – f_{кислоты} = 1/основность кислоты

для основания – f_{основания} = 1/кислотность основания

для соли (средней) – f_соли. = 1/n ∙ В,

где n – число атомов металла, В – валентность металла.

Таким образом, эквиваленты и молярные массы эквивалентов простых и сложных веществ можно рассчитать по формулам, приведенным в табл. 3.1.

Как видно из приведенных формул, молярная масса эквивалента как элемента, так и сложного вещества не всегда является постоянной величиной. Эквивалент и молярная масса эквивалента элемента зависят от валентности, которую проявляет элемент в соединении.

Таблица 3.1

Эквиваленты и молярные массы эквивалентов.

Элемент или сложное вещество	Эквивалент, Э, [  ]	Молярная масса (М экв.) эквивалента, [г/моль]
Элемент Например, Са	Ээл = 1∙ f =1/В Э (Ca) = 1/2	Мэкв =M ∙ f = M/В М(½Ca) = 40/2 = = 20 г/моль
Кислота Например, H2S	Э кислоты = 1∙ f = = 1/основность Э кислоты = 1∙ f = =1/основность	Мэкв =M ∙ f = M/основность М(½Н2S).=34 ∙ 1/2 = = 17 г/моль
Основание Например, Са(OH)2	Эосн = 1∙ f = = 1/кислотность Э [Ca(OH)2] = 1/2	Мэкв =M ∙ f = = M/кислотность М[½Ca(OH)2] = = 74 / 2 = 37 г/моль
Соль Например, Al2S3	Эсоли = 1∙ f = 1 / n ∙ В = = Э [Al2S3] = 1/2 ∙ 3 = 1/6	М экв =M ∙ f = = M / n ∙ В М(1/6 Al2S3) = = 150 / 6 = 25 г/моль

Эквивалент и молярная масса эквивалента сложного вещества определяются конкретной реакцией, в которой участвует данное вещество.