Тема «Химический эквивалент. Закон эквивалентов»

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

В лабораторной практике, при обработке результатов химического анализа используется представление об условной частице вещества – его химическом эквиваленте, а также законе эквивалентов, вытекающего из этого понятия. Закон эквивалентов позволяет проводить расчеты без составления уравнений реакций, используя для этого лишь ее схему.

Химическим эквивалентом вещества А в данной реакции называется его молекула (формульная частица) А или условная ее часть – , которая в реакции ионного обмена присоединяет, высвобождает или обменивается одним однозарядным ионом (в частности, Н⁺ или ОН^-), а в окислительно-восстановительной реакции соответствует одному отданному (для восстановителя в полуреакции окисления) или одному принятому (для окислителя в полуреакции восстановления) электрону. Химический эквивалент – переменная характеристика вещества, которая зависит от вида конкретной реакции, в которой участвует данное вещество.

Величина z = 1, 2, 3… - целое число, которое называется числом эквивалентности, а , равная – условные части молекулы А (формульной частицы) – число, которое показывает, какую долю реальной частицы составляет эквивалент, называется фактор эквивалентности.

Обозначение эквивалента частиц сорта А – Э (А)= ; частиц сорта Х –

Э (Х)= , например, эквивалент окислителя KMnO₄ в кислой среде следует записать: Э(KMnO₄) = KMnO₄; эквивалент окислителя KMnO₄ в нейтральной среде - Э(KMnO₄) = KMnO₄, в щелочной среде - Э(KMnO₄) = KMnO₄ (равен целой частице KMnO₄). Эквивалент серной кислоты в реакции полной ее нейтрализации: Э(H₂SO₄) = H₂SO₄, тогда как в реакции неполной ее нейтрализации Э(H₂SO₄) = H₂SO₄.

Из приведенных примеров видно, что эквивалент может быть только меньше или равен формульной единице, но эквивалент никогда не может быть больше формульной единицы.

Следует особо подчеркнуть, что эквивалент – это всегда воображаемая частица. Ни в чистом веществе, ни в растворе не существует частиц, подобных половинке молекулы серной кислоты: H₂SO₄, однако представление об эквиваленте оказалось очень удобным для расчетов количеств участников реакций

Смысл понятия “химический эквивалент” состоит в том, что для каждого участника химической реакции число эквивалентности z, а, следовательно, и сам эквивалент определяют относительно одного и того же эталона – однозарядного иона или электрона, поэтому в данной реакции эквиваленты веществ равноценны друг другу, а значит, вступают в реакцию и в результате нее образуются равные количества (числа молей) эквивалентов реагентов и продуктов. В этом – суть закона эквивалентов.

Для реакции:

А + В → С + Д,

число эквивалентности z или фактор эквивалентности каждого из реагирующих веществ или продуктов реакции легко определить, если известна схема реакции, тогда значения их эквивалентов можно записать соответственно:

, , , .

Для указанной реакции выполняется закон эквивалентов: химические соединения реагируют и образуются в результате химической реакции в количествах, равных количествам веществ их эквивалентов.

Любые стехиометрические расчеты можно проводить на основе закона эквивалентов:

ν( ) = ν( ) = ν( ) = ν( ). (1.1)

В этом случае нет необходимости устанавливать стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

Рассмотрим несколько примеров, обосновывающих закон эквивалентов путем его сопоставления со стехиометрическим уравнением реакции. Для этого вернемся к понятию моля. Моль – это число частиц, равное числу Авогадро (N_A=6,02·10²³ моль^-1), причем любых частиц, в том числе и воображаемых, например, частиц эквивалентов, отсюда возникают понятия о количестве (числе молей) эквивалента и о его молярной массе. На этой основе появляется возможность реально отмерить нужное количество (число молей) эквивалентов вещества. Так, например, если Э(H₂SO₄) = H₂SO₄, то 1 моль Э(H₂SO₄) тождественен моль H₂SO₄, а такое количество серной кислоты можно легко отмерить. Таким образом, если моль любого вещества – это всегда одно и то же число частиц (N_A), то моль эквивалентов - это такое число частиц этого вещества, разное в разных реакциях ( ), которое в однотипных реакциях реагирует без остатка с одним молем эквивалентов любого другого вещества.