1.3.3 Закон кратних відношень

Англійський хімік Дж. Дальтон, вивчаючи сполуки, утворені одними і тими ж елементами, сформулював у 1803 р. закон кратних відношень:

Даний закон можна проілюструвати на прикладі утворення оксидів Нітрогену:

Оксид Нітрогену	Склад, %		Склад, мас. г
	Нітроген	Оксиген	Нітроген	Оксиген
N2O NO N2O3 NO2 N2O5	63,7 46,7 36,9 30,5 25,9	36,3 53,3 63,1 69,5 74,1	1 1 1 1 1	0,57 1,14 1,71 2,28 2,86

На одиницю маси Нітрогену припадають такі маси Оксигену, які співвідносяться між собою як 0,57:1,14:1,71:2,28:2,86 = 1:2:3:4:5, тобто як невеликі цілі числа.

1.3.4 Закон еквівалентів

Закон сталості складу сприяв тому, що в хімію згодом були введені поняття еквівалент і молярна маса еквівалента. Згідно закону сталості складу елементи сполучаються один з одним у строго визначених вагових співвідношеннях. Найменші співвідношення називаються хімічними еквівалентами (сполучними масами), що означає – рівноцінна кількість.

Масу одного еквівалента речовини називають еквівалентною масою (Е) і виражають в г/моль-екв.

Наприклад, в НВr з одним молем атомів Гідрогену сполучається 1 моль атомів Брому, тому еквівалент Брому в цій сполуці дорівнює одному молю атомів Брому, а його еквівалентна маса дорівнює 80 г/моль-екв.

У Н₂О з одним молем атомів Гідрогену сполучається 1/2 моля атомів Оксигену, тому еквівалент Оксигену у цій сполуці дорівнює 1/2 моля атомів Оксигену, а його еквівалентна маса дорівнює 16/2 = 8 г/моль-екв.

Отже, зрозуміло, що в хімічних реакціях різні індивідуальні речовини беруть участь у строго еквівалентних кількостях. Це твердження є основою закону еквівалентів:

Приклад 8. При спалюванні 1 г кальцію утворилося 1,4 г кальцій оксиду. Визначити еквівалентну масу кальцію.

Д а н о: m(Са) = 1 г m(СаО) = 1,4 г	Р о з в’ я з о к: Згідно із законом еквівалентів: Тоді Маса Оксигену становить
В и з н а ч и т и: Е(Са) – ?
m(O)= m(CaO) – m(Ca) = 1,4 г – 1 г = 0,4 г. Звідси
В і д п о в і д ь: Е(Са) = 20 г/моль-екв.

Еквівалентні маси елементів визначають за формулою:

М – мольна маса елемента;

В – валентність елемента.

Наприклад, Е(Al) = 27/3 = 9 г/моль-екв.

Еквівалентні масі складних речовин визначаються за формулами:

Основність кислоти визначається кількістю катіонів водню в молекулі кислоти, здатних заміщатися на катіони металу.

Кислотність основи визначається кількістю гідроксильних груп в молекулі основи, що заміщуються на кислотні залишки.

де n – число атомів металу;

В – валентність металу.

Для визначення кількості еквівалентів (n_екв) речовини, що має певну масу m, користуються формулою:

Приклад 9. Для розчинення тривалентного металу використали 2,45 г сульфатної кислоти. Визначіть, який це метал.

Д а н о: m(H2SO4) = 2,45 г В(Me) = 3	Р о з в’ я з о к: Згідно із законом еквівалентів: Еквівалентна маса сульфатної
В и з н а ч и т и: Me – ?
кислоти становить E(H2SO4)= 98 г/моль/2 = 49 г/моль-екв. З попередньої формули: Згідно з формулою М = Е·В = 9·3 = 27 г/моль. За періодичною системою цей метал – Al.
В і д п о в і д ь: Al.

Приклад 10. Визначіть молярні маси еквівалентів сульфатної кислоти, алюміній гідроксиду і алюміній сульфату.

Д а н о: H2SO4 Al(OH)3 Al2(SO4)3	Р о з в’ я з о к: Використовуючи формулу обчислюємо: М(H2SO4) = 98 г/моль. Еквівалентна маса сульфатної кислоти становить
В и з н а ч и т и: Е(H2SO4) – ? Е(Al(OH)3) – ? Е(Al2(SO4)3) – ?
E(H2SO4)= 98/2 = 49 г/моль-екв. Використовуючи формулу обчислюємо: М(Al(OH)3)= 78 г/моль. E(Al(OH)3)= 78/3 = 26 г/моль-екв. Для обчислення еквівалентної маси алюміній сульфату використовуємо формулу Обчислюємо: М(Al2(SO4)3) = 342 г/моль. Е(Al2(SO4)3) = 342/2·3 = 57 г/моль-екв.
В і д п о в і д ь: E(H2SO4)= 49 г/моль-екв, E(Al(OH)3) = 26 г/моль-екв, Е(Al2(SO4)3) = 57 г/моль-екв.

Приклад 11. Визначіть масу 3,3 еквівалентів Н₃РО₄.

Д а н о: nекв.(Н3РО4) = 3,3	Р о з в’ я з о к: За формулою визначаємо m: m = nекв·Е.
В и з н а ч и т и: m(Н3РО4) – ?
Еквівалентна маса ортофосфатної кислоти визначається за формулою: E(H3РO4)=М/3= 98/3 = 32,7 г/моль-екв. Тоді m = 3,3·32,7 = 107,8 г.
В і д п о в і д ь: m(H3РO4) = 107,8 г.