
Пшестанчик В.Р., Томина В.В., Кострюков В.Ф Стехиометрические законы химии
.pdf21
р ода эквивалент ны (р авноценны). Э то м ож но з ап исать, исп ользуя значок эк вивалентности(~):
1 г (Н ) ~ 3 г (С) ~ 8 г (О )
В м атем атик еиз вестнотак называем ое«свойствотр анзитивности» : еслиa=b, аb=c, тоa=c. Соотнош ения эк вивалентностиявляю тся обобщ ением этогоп р авила: если3 г Си8 г О эк вивалентныодной итой ж ем ассеН (1 г),
тоониэквивале нт ныимеж д усо б о й .
И зучениеп одобных соотнош ений для р азличных элем ентов исоединений п озволило ввести п р едставления о сп ециф ическ их «соединительных весах» элем ентовилиэквивале нт ных мас сах.
П о оп р еделению , эквивален тн ая массаэлемен та(mЭ ) – это такая
масса, которая соедин яется с 1 массовойчастью водородаили 8 массовы ми частями кислорода, или замещаетихв соедин ен иях.
Воп р еделенииук азан «двойной стандар т» (п оводор оду ик ислор оду), т.к . больш инствоэлем ентов соединяется либосводор одом , либоск ислор о- дом , ам ногие– собоим иэлем ентам и, чтооблегчаетоп р еделениеэк вивалентных м ассэлем ентов.
Важ ностьэтогоп онятия вхим ииоп р еделяется зако но м эквивалент о в:
Все веществареаг ирую т меж ду собой в определен н ы х массовы х соотн ошен иях, пропорцион альн ы хихэквивален тн ы м массам.
К ак м ы увидим далее, п онятие«эк вивалентная м асса» сп р аведливоне
тольк одля п р остых, ноидля слож ных вещ еств. Д алеем ы узнаем |
так ж е, к ак |
||
оп р еделятьэк вивалентныем ассыслож ныхвещ еств. |
|
||
М атем атическ изак онэк вивалентов м ож нозап исатьв виде: |
|
||
|
m1 |
= mЭ1 |
(2) |
|
m2 |
||
|
m2 |
|
|
|
|
Э |
|
И з оп р еделения эк вивалентной м ассы следует, что для водор одаона п р инятар авной 1 г, адля к ислор ода– 8 г. И з зак онаэк вивалентов следует, чтоесливзять, нап р им ер , 3 г водор ода(3 эк вивалентных м ассы), тосэтим к оличеством п р ор еагир уетр овно24 г к ислор ода(т.е. так ж етр иэк вивалентных м ассы). Н ик огданем ож етбытьтак ого, чтобы содной эк вивалентной м ассой к ак ого-нибудьвещ ествап р ор еагир овало1,5, или0,8, илидр угоек о- личествоэк вивалентных м ассдр угоговещ ества.
В настоящ ее вр ем я в наук е п р едп очтительно исп ольз уется М еж дуна- р одная систем аединиц (СИ ), ав ней в к ачествеодной из основных единиц введена единица ко лич ест ва ве ще ст ва, к отор ая называется – мо ль. П од-
р обнее об этой хар ак тер истик е вещ ествам ы п оговор им п озж е. |
П р иведем |
совр ем енное оп р еделение хим ическ ого эк вивалента вещ ества, |
соответст- |
вую щ еестандар туСИ : |
|
Э квивален том веществан азы вается такоеег о количество, которое соедин яется с 1 молем атомов водородаили замещаетихв соедин ен и- ях.
Т ак им обр аз ом , в совр ем енном п оним аниихим ическ ий эк вивалентиз- м ер яется в м олях. И п одобно том у, к ак м ольвещ ествахар ак тер из уется м о-

22
ляр ной м ассой, эк виваленту вещ ества(в м олях) соответствует эк вивалентная м асса(г/м оль).
Е слизам етить, что1 м ольат о мо в водор ода(нем олек улН 2!) к ак р аз и им еетм ассу 1 г, то, очевидно, оп р еделения эк вивалентных м ассиэк вивалентов п р ивязаны к одном уитом уж еобъек ту(водор оду) в одном итом ж е соотнош ении.
В п р инцип е, к этим п онятиям иоп р еделениям надо вер нуться п осле обсуж дения п р едставлений ок оличествевещ ества, чтобы лучш еуяснитьих совр ем енноесодер ж ание. Н онеобходим оим етьв виду, чтосам иэтип онятия воз ник лив хим иик ак однииз исходных. О нине тр ебовалиник ак их др угих знаний, к р ом е п р оцентного содер ж ания элем ентов в соединениях. И м енноп оэтом уздесьз ак он эк вивалентов р ассм атр ивается п р едвар ительно, хотя вСИ 5 п онятие«эк вивалент» –п р оизводноеотп онятия «м оль» .
В зак оне эк вивалентов отчетливо п р оявляется основная особенность хим ическ их взаим одействий – дваэлем ента(илидвалю бых вещ ества) м о- гутсоединяться м еж ду собой тольк ов ст ро го о пред е ленных массо вых со - о т но шения х, зависящ их о т приро д ы р еагир ую щ их вещ еств. П онятия «хи- м ическ ий эк вивалент» и«эк вивалентная м асса» являю тся п ер еходом отабстр ак тных к оличественных соотнош ений, отф ор м альных для хим иим ассовых единиц(гр ам м ы, ф унты ит.п .) к сп ециф ическ им химич еским к оличествам . П ер еход отз ак онасохр анения м ассы к з ак ону эк вивалентов – это ог- р ом ный ш аг вп ер ед в п оним аниисп ециф ик ихим ическ их вз аим одействий. О динак овые м ассы для р аз личных вещ еств ок аз ываю т совер ш енно р азное хим ическ оедействие. Е сливзять, нап р им ер , 1 г водор одаи1 г к ислор ода, то в хим ическ ом отнош енииэтик оличествасовер ш еннор азличны инер авноценны. Т очно так ж е 40 г NaOH и40 г HCl ок азываю т р аз ноехим ическ ое действиеинер еагир ую тм еж дусобой без остатк а(хим ическ ир авноценны, эк вивалентны 40 г NaOH и36,5 г HCl).
Здесь ум естно отм етить, что в ш к оле нер едк о отсутствует четк оеп о- ним аниер азличий м еж ду м ассам ивещ еств иих хим ическ им ик оличества- м и. П р ичины этого м ногообр азны. О дной из них является недостаточное п оним ание оп р еделения м оля к ак единицы к оличествавещ ества. С др угой стор оны, интуитивном ассатак ж еощ ущ ается к ак нек оек оличествовещ ества. В стр ечаю щ иеся «р азъяснения» тип а«к оличествовещ естваиз м ер яется в м олях, ам асса – это не к оличество вещ ества» не сп особствую т уяснению р азличий м еж ду этим ип онятиям и. Н е п оследню ю р ольз десь игр аетито, чтоиз всех сп особов выр аж ения состава, сущ ествую щ их в хим ии, в ср едней ш к олеп р иводится тольк ом ассовая доля, атак ж ето, чтов п р огр ам м еотсутствуетз ак он эк вивалентов, аобсуж дается лиш ьзак онсохр анения м ассы. Э то так ж еп р иводитк п р еувеличению р олим ассы в к ачестве«м ер ила» хим ическ оговзаим одействия. Н еслучайно, в ответнавоп р ос, нап р им ер , «к ак ая будет р еак ция ср еды, еслисм еш ать р аствор ы, содер ж ащ ие п о 50 г NaOH и HNO3» , в ответм ож но услыш ать– «нейтр альная» (!?). М еж дутем м ассовая
5 Бытую щ ее выр аж ение«Систем а СИ » несовсем удачно, т.к . в сок р ащ енииСИ уж е п р исутствует слово«систем а» . П олучается «Систем аСистем аИ нтер национальная» .
23
доля – это сп особ, удобный лиш ьдля «п р ак тическ их» целей, для р асчетов п р ивз ятиинавесок . С хим ическ ой точк изр ения этотсп особ выр аж ения составаабстр ак тен. Д ля тогочтобы увидетьк ак ую -тоз ак оном ер ностьв к оличествах вз аим одействую щ их вещ еств, необходим о отм ассовых п р оцентов п ер ейтик др угим единицам из м ер ения, чтоибылосделаноп р ивведении
понятия эк вивалентныхм ассиз ак онаэк вивалентов.
Делов том , чтоеслибы п р иобр азованиисоединений элем енты р еаги-
р овалибы м еж дусобой в со ве рше нн про изво льных соотнош ениях (к ак это
им еетм есто, нап р им ер , п р иобр азованиисм есей), |
том ож нобылобы совер - |
ш енно сп ок ойно п ользоваться м ассам ир еагир ую щ |
их вещ еств. Н о ведь от- |
личительной особенностью хим ическ оговз аим одействия является то, чтов соответствии с з ак оном п остоянства состава п р одук ты взаим одействия им ею тст ро го о пре д еленный состав (даж ееслиэтосоединениеп ер ем енногосостава, то он м еняется во вп олнеоп р еделенных гр аницах). И для п олучения соединений тр ебуется бр ать не п р оизвольные, авп олне оп р еделенные, химич ескиэквивалент ные к оличествавещ еств в соответствиисз ак о- ном эк вивалентов. Значениеэтогозак онав том исостоит, чтоон ук азывает этисп ециф ическ иек оличествавещ еств. В сам ом деле, есливзять1 г водо- р ода, асним см еш ивать1, 2, 4, 6, 8, 10 г к ислор ода(р азличныем ассовыек о- личества), тоср едивсех этих к оличеств лиш ьодновыделяется тем , чтооба к ом п онентап р ор еагир ую тпо лно ст ью . Э тоиестьособоехимич е ско е ко ли- ч ест во к ислор ода(8 г) –егоэк вивалентная м асса.
Т ак им обр азом , из оп р еделения эк вивалента иэк вивалентной м ассы следует, что эк вивалентные м ассы вещ еств – это так ие их сп ециф ическ ие м ассы, к отор ыем огутп олностью р еагир оватьдр уг сдр угом , т.е. онихими- ч ескир авноценны.
И з тех п р им ер ов, к отор ыем ы р ассм атр иваливыш е, ясно, чтодля оп р е- деления эк вивалентной м ассы элем ентадостаточнолиш ьз натьп р оцентный состав соединения этого элем ентасдр угим , эк вивалентная м ассак отор ого уж еустановлена. Рассм отр им ещ енеск ольк оп р им ер ов.
Зная, чтов хлор оводор одесодер ж ится 2,74 м ас.% водор одаи97,26 м ас. % хлор а, м ож нолегк ооп р еделитьэк вивалентную м ассуп оследнего:
на2,74 м ас. ч. водор ода------------------ |
97,26 м ас. ч. хлор а |
|||
на1 м ас. ч. водор ода---------------------- |
|
|
Х |
|
|
× ,26 1 |
97 |
||
X = |
|
|
= |
35,5 м ас. ч. хлор а |
2,74 |
|
|||
Т еп ер ь, зная, чтоэк вивалентная м ассахлор ар авна35,5, м ож нооп р еде- |
||||
лить, нап р им ер , эк вивалентную |
м ассу натр ия, исходя из п р оцентного со- |
дер ж ания этих элем ентов в хлор иденатр ия (39,32 м ас. % натр ия и60,68 м ас. % хлор а):
на60,68 м ас. ч. хлор а---------------- |
39,32 м ас. ч. натр ия |
||
на35,5 м ас. ч. хлор а------------------ |
Х(нена1 м .ч. хлор а!) |
||
X = |
, × ,32 |
39 5 35 |
|
|
= 23 м ас. ч. натр ия |
||
,68 |
|||
|
60 |
24
В настоящ ее вр ем я, к огданам из вестны сим волы элем ентов, их атом - ныем ассы иф ор м улы соединений, м ож нор ассчитыватьэк вивалентныем ассы элем ентов, исходя из ф ор м ульногосоставасоединений, анеиз п р оцентных соотнош ений (п р авда, хим ик ам п отр ебовалось более п олувек а, чтобы р азобр аться в п утаницем еж ду эк вивалентным и, атом ным иим олек уляр ны- м им ассам и, к отор ая сущ ествовалав п ер вой п оловинеXIX в.).
Е слиизвестнаф ор м уласоединения, нап р им ер , CH4, иатом ныем ассы элем ентов [Ar(H)=1, Ar(C)=12], то р ассуж дения стр оятся следую щ им обр а-
з ом : |
|
на4 м ас. ч. Н |
---------------------------12 м ас. ч. С |
на1 м ас. ч. Н --------------------------- |
Х |
|
Х = m Э ( С )=3 м ас.ч. |
Д ля СО 2 [Ar(O)=16], зная эк вивалентную м ассууглер ода, п олучим : |
|
на12 г С-------------------------------- |
2×16 г О |
на3 г С--------------------------------- |
mЭ (О ) |
|
m Э ( О )=8 г , |
т.е. теж ез начения, к отор ыеп олучены р аньш е.
И з п р иведенных п р им ер ов м ож но сделать вывод, что эк вивалентная м ассаэлем ентаявляется по ст о я нно й ве лич ино й . Н оэтотвыводп р еж девр е- м енен. Д елов том , чточастоэлем енты обр азую тм еж дусобой неск ольк осоединений. Н ап р им ер , к р ом едиок сидауглер одаСО 2 сущ ествуетим оноок сид
углер одаСО . Рассчитаем |
эк вивалентную м ассууглер одав этом соединении, |
исходя из того, что, всоответствиисоп р еделением , mЭ (О )=8г: |
|
на16 г О ---------------------------- |
12 г С |
на8 г О ------------------------------ |
mЭ С |
|
mЭ (С)=6 г |
Д ля м едииз вестны дваок сида: Cu2O иCuO. Е слиатом ная м ассам еди Ar(Cu)=64, адля к ислор одаAr(O)=16, то эк вивалентныем ассы м едив этих ок сидах м ож нонайтииз п р оп ор ций:
|
Cu2O |
|
CuO |
|
на16 г О |
------------2×64 г Cu |
на16 г О ------------ |
64 г Cu |
|
на8 г О ------------- |
m1 (Cu) |
на8 г О ------------- |
m2 |
(Cu) |
|
Э |
|
Э |
|
m1 |
(Cu)=64 г |
m2 |
(Cu)=32 г |
|
Э |
|
Э |
|
|
Соп оставлениеэк вивалентных иатом ных м ассэлем ентов в п одобных |
||||
случаях п ок азывает, |
что эк вивалентная м ассалибо р авнаатом ной, |
либо в |
||
цело е числор аз м еньш еее. |
|
|
|
|
Частноеотделения атом ной м ассыэлем ентанаегоэк вивалентную м ас- |
су, т.е. число, п ок азываю щ ее, ско лько эквивале нт ных масс с о д ерж |
ит 1 |
|||
ат о м , к ак хим ическ инеделим ая п ор ция: |
Ar |
|
|
|
B = |
, |
(3) |
||
|
||||
|
mЭ |
|
п олучило название – вален тн остьэлемен та. И м енно так ибыло введено этоваж нейш еев хим иип онятие. Е слиатом ная иэк вивалентная м ассы эле-

25
м ентасовп адаю т, тоэлем енто д но валент ный . Е слиэк вивалентная м ассасоставляет п оловину атом ной (илиатом ная м ассасоставляетдвеэк вивалент-
ных), тоэлем ентд вухвалент ный .
В алентностьоп р еделяетк ак бы «хим ическ ую силу» элем ента. В седело в том , чтов хим иивзаим одействую татом ы к ак хим ическ инеделим ыечас-
тицы, но вз аим одействую тонив со о т вет ст виис зако но м эквивалент о в.
Е слибы атом ныеиэк вивалентныем ассы элем ентов всегдасовп адали(т.е. всеэлем енты былибы одновалентным и), товсеф ор м улы вещ еств былибы п р едельноп р осты: HCl, HI, HO, HS, ит.д. В действительностивсеобстоит нетак . И м еннов этом изак лю чалась«п утаница» ср едихим ик ов п ер вой п о- ловины XIX век а. О нинем оглир аз личатьатом ныеиэк вивалентныем ассы, анер едк оотож дествлялиэтип онятия.
В веденноев сер единеXIX в. п онятиевалентности, обладаетваж ней-
ш |
им свойством – н асы щаемостью , к отор ая следуетнеп оср едственноиз за- |
к она эк вивалентов. Т ак , выр аж ение «углер од четыр ехвалентен» означает, |
чтоегоатом ная м ассауж есодер ж ит4 эк вивалентных м ассы, или, чтотож е
сам ое–1 атом |
С содер ж ит4 эк вивалента. И следовательно, п зако нуэкви- |
||||||||||||||||||
валент о в он долж ен п р исоединитьк себеро вн |
4 эквивалент а лю бых др у- |
||||||||||||||||||
гихэлем ентов. Э том ож носделатьп о-р азном у: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
1) |
п р исоединить4 одновалентных атом а: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
CH4 |
|
|
|
CCl4 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
Cl |
|
|
|||||||
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
H |
Cl |
|
|
C |
|
|
Cl |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
Cl |
|
|
|||||||
2) |
п р исоединить2 двухвалентныхатом а: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
СO2 |
|
|
|
СS2 |
|
|
||||||||||
|
O |
|
|
C |
|
|
O |
S |
|
|
C |
|
S |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
3) |
п р исоединить1 одновалентный и1 тр ехвалентный атом : |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HCN |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HCN
4)п р исоединить2 одновалентных атом аи1 двухвалентный атом :
СH2O H
CO
H
5) п р исоединить1 четыр ехвалентный атом : SiC
C Si C Si
Si C Si C
C Si C Si
26
К ар бид к р ем ния SiC неим еетм олек уляр ногостр оения, ик аж дый атом к р ем ния связан счетыр ьм я различ ным иатом ам иуглер ода, ак аж дый атом углер ода– счетыр ьм я различ ным иатом ам ик р ем ния (см . схем усп р ава). Н о насыщ аем остьвалентности, вытек аю щ ая из з ак онаэк вивалентов, п оз воляет из обр аз итьгр аф ическ ую ф ор м улуSiC в «м олек уляр ном » виде(слева).
О тм етим , что«валентныечер точк и» з десьизобр аж аю тнек овалентные хим ическ иесвязи, к ак п р инятосчитатьсейчас, алиш ьф ор м альные«единицы валентности» или«единицы ср одства» , к ак говор илив сер единеXIX ве- к а. В едьтак ие«стр ук тур ныеф ор м улы» хим ик иизобр аж алиуж ев товр ем я (теор ия Бутлер овасф ор м улир ованав 1861 г., нотак им исхем ам ип ольз овалисьидо него). А совр ем енных элек тр онных п р едставлений охим ическ ой связитогдаещ енебыло, даисам элек тр он былотк р ытлиш ьв 1897 году. В этом ип р оявляется особенностьхим ическ ого сп особам ыш ления. Н еим ея возм ож ностиобъяснить стеор етическ их п озиций те илииныек онцеп ции (ур овеньр азвития наук инеп оз воляет), хим ик и, тем нем енее, в состоянии ввестип р инцип иально важ ные п р едставления иак тивно исп ольз овать их. О бъяснениеж ечастодается значительноп оз ж е. В частности, для тогочтобы объяснитьнасыщ аем остьвалентности(для к овалентной связ и), п отр ебовалосьр азр аботатьновую областьф из ик и– к вантовую м еханик у. Э то п р о- из ош лолиш ьв п ер вой тр етиXX век а.
Итак , вален тн остьэлемен та– это ег о способн остьприсоедин ять
(или замещать) определен н оеколичество атомов друг ог о элемен та.
Им ея в виду, что, п ооп р еделению , валентностьводор одабылап р инята
р авной единице, так к ак для негоатом ная иэк вивалентная м ассы совп ада- ю т, валентностьэлем ентачастооп р еделяю тк ак е го с по со б но ст ь присо ед и-
ня т ь илизамещат ь о пред еленно е ч исло ат о мо в во д о ро д а.
В веденное оп р еделение хар ак тер изует так называем ую формальн ую
или стехиометрическую вален тн ость. Э то п онятие универ сально, п о-
ск ольк у является абстр ак тным . Здесь ничего не говор ится о п р ичине валентности, оп р ир одехим ическ ой связи. Э толиш ьнек отор ая аб ст ракт ная «спо со б но ст ь ат о ма».
В ш к ольной хим иииз вестно ещ е одно оп р еделение валентности, со-
гласно к отор ом у, вален тн остьэлемен таопределяется числом химическихсвязей, которы еон способен образоватьс партн ерами. Н ообычно необр ащ аю твним аниенато, чтор ечьздесьидетосовер ш енноразлич ных п онятиях. В тор оеоп р еделение(валентностьк ак число хим ическ их связей) п р едставляется болеек онк р етным исовр ем енным . Здесьр ечьидетор еальном п онятии–хим ическ ой связ и, анеоб абстр ак тной «сп особностиэлем ента» . Н овозник аетвоп р ос–к ак ая связьим еется в виду? В едь, к ак известно,
связь бываетк овалентной, |
ионной, м еталлическ ой. О к азывается, р ечьидет |
лиш ьок овалентной связ и, |
п оск ольк утольк оонаобладаетсвойством насы- |
щ аем остиитольк о з десь ф ор м альныеп р едставления остехиом етр ическ ой валентностиболее илим енее согласую тся ссовр ем енным иэлек тр онным и п р едставлениям иоп р ир одек овалентной связи. П оэтом ув совр ем енной хи- м иивалентностьк ак числок овалентных связей, обр азуем ыхэлем ентом , час-
27
то наз ываю тко валент но ст ью эле ме нт а.П ок аж еследуетобр атить вним а- ние нато, что п р иведенныедваоп р еделения валентностип р инцип иально р азличны, иеслип ер вое универ сальновследствиесвоей абстр ак тности, то втор оеболеек онк р етно, ап отом у–лиш ьогр аниченноп р им еним о.
И так , ф ор м ула(3) вводитодноиз важ нейш их п онятий в хим ии–ф ор - м альную валентностьэлем ента, обладаю щ ую свойством насыщ аем ости, к о- тор оенеп оср едственноследуетиз зак онаэк вивалентов.
В настоящ ее вр ем я, к огдаатом ныем ассы элем ентов известны свысо- к ой точностью , аих ф ор м альную валентностьм ож нооп р еделитьп оф ор м у- лесоединения илип о п олож ению элем ентав п ер иодическ ой систем е, эту ф ор м улум ож ноисп ольз оватьд ля рас ч ет а эк вивалентных м ассэлем ентов:
mЭ = |
Ar |
(4) |
|
B |
|||
|
|
Н ап р им ер , атом ная м асса алю м иния Ar(Al)=27, его валентность в соединениях В=3, следовательно, эк вивалентная м асса алю м иния mЭ (Al) = 27/3 = 9. Э тозначит, чтонап р им ер , 9 г алю м иния хим ическ ир авноценны 1 г водор ода, или8 г к ислор одаит.д.
Атом ная м ассасер ы Ar(S)=32, еевалентностьв H2S, SO2 иH2SO4 р авна, соответственно, 2, 4 и6. Следовательно, эк вивалентная м ассасер ы в этих соединениях составляет32/2=16, 32/4=8, 32/6=5,33.
Атом ная м ассак ислор одаAr(O)=16, еговалентностьр авнадвум , следовательно, эк вивалентная м ассак ислор одаmЭ (О )=8, чтоиследуетнеп оср едственноиз оп р еделения.
От вет ьт е на во про с: по ч е муфо рмулу(4) мо ж н ис по льзо ват ь д ля расч ет а эквивалент ных масс, н нельзя взя т ь в кач ест ве о пред е ления само го по ня т ия “эквивалент ная масса”.
П онятия эк вивалентаиэк вивалентной м ассы п р им еним ы нетольк о к элем ентам , ноик соединениям , в частности, к ислотам , основаниям исолям .
Д адим сначаласоответствую щ иеоп р еделения длякислот:
Э квивален том кислоты н азы вается такоеееколичество, которое содерж ит1 мольатомов водорода, способн ы хзамещаться н аметалл.
Э квивален тн ая массакислоты – такая еемасса, в которой содер-
жится 1 г рамм водорода, способн ог о замещаться н аметалл.
Из оп р еделений следует, что эк вивалентк ислоты п р едставляет собой
оп р еделенную долю м оля, аэк вивалентная м асса–так ую ж едолю м ольной м ассы. В обоих оп р еделениях сущ ественно уп ом инаниео том , что учитываю тся невсеатом ы водор одав составек ислоты, атольк оте, к отор ыесп - с о б нызамещат ься на ме т алл. К ак известноиз ш к ольногок ур сахим ии, ко -
лич ест во |
ат о мо в во д о ро д а в фо рмуле кисло т ы, спо со б ных заме щат ься на |
ме т алл, |
о пред е ля ет осн овн остькислоты . П оэтом уп р изнак ук ислоты де- |
лятся нао д но о сно вные (HCl, HCN, HClO3, CH3COOH ит.п .), д вухо сно вные
(H2SO4, H2S, H2CO3, H2C2O4 ит.п .), т ре хо сно вные (H3PO4, H3AsO4 ит.п .),
ч ет ыре хо сно вные (H4SiO4, H4P2O7 ит.п .) пя т ио с но вные (нап р им ер , H5IO6 –
ор тоиодная к ислота) идаж е шест ио сно вные (H6TeO6 -ор тотеллур овая к и- слота). Ср едислож ных, так называем ых п олик ислот, встр ечается иболее

28
высок ая основность. О днак онеследуетотож дествлятьосновностьк ислотыс о б щим к оличеством атом ов водор ода в ее ф ор м уле, что нер едк о делаю т ш к ольник и, игнор ир уя отм еченную оговор к у. Д елов том , чтов стр ук тур ных ф ор м улах кисло ро д со д ерж ащих к ислот атом ы водор ода, сп особные зам е- щ аться нам еталл, соединены сцентр альным атом ом обяз ательночер ез атом
к ислор ода, аненеп оср едственно. В |
ш к олеф ор м улы неор ганическ их к ислот |
обычно зап исываю т в обобщ енном |
«п оэлем ентном » виде, где этаособен- |
ностьнеощ ущ ается. Ф ор м улы ж еор ганическ их к ислотобычнозап исываю т в «п олустр ук тур ном » виде, выделяя углеводор одный р адик алик ар бок сильную гр уп п у. Е слиф ор м улу ук сусной к ислоты CH3COOH п р едставитьв «валовом » видек ак H4C2O2, тоееодноосновностьвовсенеявляется очевидной. С др угой стор оны, в ш к олеобычнор ассм атр иваю тся лиш ьтак иенеор ганическ ие к ислоты, в ф ор м улах к отор ых действительно все атом ы водор ода сп особны зам ещ аться нам еталл. Э то так ж е сп особствует«п отер ебдительности» в оп р еделенииосновности. Н ов к ачествехотя бы одногок онтр п р и- м ер ап р иведем ф ор м улутак наз ываем ой ф осф ор новатистой к ислоты H3PO2. Здесьп р исутствую ттр иатом аводор одаи, з абыв п р оп одчер к нутую оговор - к у, м ож носделатьвывод, чтоэтак ислотатр ехосновная. Н о, к ак п ок азывает
еестр ук тур ная ф ор м ула, |
з десь лиш ьодин атом из тр ех соединен сатом ом |
ф осф ор ачер ез к ислор од, |
адвадр угих –неп оср едственно. О нинам еталлза- |
м ещ аться несп особны, аследовательно, этак ислота–лиш ьодноосновная:
H O O P
H H
Сисп ольз ованием п онятия основностик ислоты ееэк вивалентная м асса р ассчитывается оченьп р осто. Т ак , 1 м ольсер ной к ислотыH2SO4 содер ж ит2 м оля атом ов Н , сп особных зам ещ аться нам еталл, ихар ак тер изуется м оляр - ной м ассой 98 г/м оль. Следовательно, 1 м ольатом ов водор ода, к отор ый и оп р еделяетэк вивалентк ислоты, содер ж ится в 1/2 м оля H2SO4, азначит, эквивалент ная мас са сер ной к ислоты составляетп оловинуеем ольной м ассы: mЭ (H2SO4)=49 г/м оль.
Н етр удно догадаться, что для всех одноосновных к ислот эк вивалент р авен м олю , аэк вивалентная м ассар авнам ольной м ассе; для двухосновных к ислот эк вивалент р авен 1/2 м оля, аэк вивалентная м ассасоставляет п оловинум ольной м ассы; для тр ехосновных к ислотэк вивалентр авен 1/3 м оля, а эк вивалентная м ассар авнатр етим ольной м ассы, или, что тож есам ое– 1 м ольтр ехосновной к ислотысодер ж иттр иееэк вивалента, ит.д.
М ож но зам етить, чтоэк вивалентную м ассук ислоты м ож нор ассчитать п отой ж еф ор м уле(4)
mЭ = MBr ,
гдеMr – м олек уляр ная м ассак ислоты, ап од В п оним ается валентностьк и- слотного остатк а, или(что то ж е сам ое) к оличество атом ов водор ода, сп о- собных зам ещ аться нам еталл, т.е. основностьк ислоты.

29
О днак ом ногоосновныек ислоты м огутвзаим одействоватьнесп олным , алиш ьсчастичным зам ещ ением атом ов водор оданам еталл. П р иэтом , к ак из вестно, обр аз ую тся не ср едние, ак ислые соли. Рассм отр им для п р им ер а р еак цию вз аим одействия 1 м оля тр ехосновной ф осф ор ной к ислоты сз ар а- неезад анным к оличеством гидр ок сиданатр ия (3, 2 и1 м оль):
H3PO4 + 3 NaOH = Na3PO4 + 3 H2O
+2 NaOH = Na2HPO4 + 2 H2O
+1 NaOH = NaH2PO4 + H2O
(хотя «1» в к ачествестехиом етр ическ огок оэф ф ициентаобычнонеставится, з десь м ы его п оставили, чтобы п одчер к нуть, что бер ется з ар анеез аданное к оличествощ елочи).
В п ер вом случае к оличестващ елочидостаточно, чтобы всетр иатом а водор одаок азалисьзам ещ енным инатр ием . П р оисходитп олная нейтр ализация иобр азуется ср едняя соль – ф осф атнатр ия. В о втор ом случаещ елочи хватаетлиш ьназам ещ ениенатр ием двух атом ов Н , аодин остается незам е- щ енным . О бр аз уется к ислая соль – гидр оф осф ат натр ия. В тр етьем случае щ елочиещ ем еньш е, ииз тр ех атом ов Н , сп особныхз ам ещ аться нам еталл, в
действительностиз ам ещ ается лиш ь один, адваостаю тся незам ещ |
енным и. |
О бр азуется втор ая к ислая соль – дигидр оф осф ат натр ия. Т ак им |
обр азом , |
к ислыесолим ож но р ассм атр иватьк ак недок онцанейтр ализованную м но-
гоосновную к ислоту. |
Гр аф ическ ие ф ор м улы р ассм атр иваем ых соединений |
||||||||||||||||||||||||||||
п р иведены ниж е: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
H |
|
|
O |
Na |
|
|
O |
|
|
|
Na |
|
|
|
O |
|
Na |
|
O |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
H |
|
O |
|
P |
|
O H |
|
O |
|
P |
|
O Na |
|
|
|
O |
|
P |
|
O Na |
|
O |
|
P |
|
O |
|||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
H |
|
|
O |
H |
|
O |
|
|
|
H |
|
O |
|
Na |
|
O |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
Чтобып ер ейтиотк ислой солик ср едней, надодобавитьещ ещ елочи. |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Н ов п р иведенных тр ех р еак циях эк вивалентныем ассы ф осф ор ной к и- |
|||||||||||||||||||||||||||
слоты р азличны! В |
п ер вом |
случаезам ещ аю тся всетр иатом аводор одаиэк - |
|||||||||||||||||||||||||||
вивалентная м асса H3PO4 |
р авна 1/3 м ольной м ассы: m1 (H3PO4) = 98/3 = |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Э |
|
|
|
|
|
|
32,67 г/м оль. В о втор ом случаез ам ещ ены тольк о дваатом аН |
из тр ех, сп о- |
||||||||||||||||||||||||||||
собных к зам ещ ению , |
иэк вивалентная м ассар авнап оловинем ольной м ас- |
||||||||||||||||||||||||||||
сы: m2 (H3PO4)= 98/2 = 49 г/м оль. В тр етьем |
ж еслучаез ам ещ ентольк оодин |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
атом |
Н , иэк вивалентная м ассаф осф ор ной к ислоты в данной р еак циисовп а- |
дает сее м ольной м ассой: mЭ3 (H3PO4)=98 г/м оль. Соответственно, эк вива-
лентф осф ор ной к ислоты в этих тр ех р еак циях р авен 1/3 м оля, 1/2 м оля и1 м олю .
Т ак им обр аз ом , эк вивалентная м ассаиэк вивалентм ногоосновной к и- слоты невсегдаоп р еделяю тся ееосновностью , т.е. к оличеством атом ов водор ода, с по со б ных зам ещ аться нам еталл, ар ассчитывается, исходя из к оличестваатом ов Н , факт ич е скизамещенных нам еталлв данной р еак ции. О т- м етим , что ф ор м ула (4-а) для р асчета эк вивалентной м ассы к ислоты п р и
этом сохр аняетсвой см ысл, так к ак гидр оф осф ат-анион HPO24− ф ор м ально двухвалентен, адигидр оф осф ат-анион H2PO−4 –ф ор м альноодновалентен.
30
П ер ейдем теп ер ь к оп р еделению эк вивалентов иэк вивалентных м асс осн ован ий. Е слиоп р еделениеэк вивалентак ислоты уж едано, тообр атите вним аниенато, к ак оп р еделяется п онятиеэк вивалентаоснования.
Эквивален том осн ован ия н азы вается такоеег о количество, котороереаг ируетс эквивален том кислоты .
Это оп р еделение неп оср едственно основано на зак оне эк вивалентов:
есливзят1 эк вивалентодноговещ ества, тосним п р ор еагир уетобязательно 1 эк вивалент др угого вещ ества (р азум еется, если они вообщ е сп особны взаим одействовать). В озьм ем в к ачествеп р им ер ак ак ую -нибудьоднооснов- ную к ислоту, нап р им ер , соляную , для к отор ой эк вивалентная м ассасовп адаетсм ольной, илиэк вивалентр авенм олю , ибудем осущ ествлятьеевзаим о- действиеср азличным иоснованиям и:
HCl + NaOH = NaCl + H2O
2HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O
3HCl + Al(OH)3 = AlCl3 + 3H2O
В п ер вой р еак циивовзаим одействиевступ ает1 м ольHCl или, чтото ж е сам ое, 1 эк вивалент(так к ак к ислотаодноосновная). Значит, п о зак ону эк вивалентов, во взаим одействие вступ ил 1 эк вивалент NaOH. В о втор ой р еак ции участвую т 2 м оля HCl (2 эк вивалента). Следовательно, 1 м оль Ca(OH)2 так ж есодер ж ит2 эк вивалента. О чевидно, 1 м ольAl(OH)3 втр етьей р еак циисодер ж ит3 эк вивалента, п оск ольк усним п р ор еагир овали3 эк вивалентаHCl.
Т ак им обр аз ом , эк вивалент NaOH р авен 1 м олю , эк вивалент Ca(OH)2 р авен 1/2 м оля, а эк вивалент Al(OH)3 – 1/3 м оля. Соответственно эк вивалентная м асса NaOH р авна его м ольной м ассе: mЭ (NaOH) = М (NaOH) = 40г/м оль, эк вивалентная м асса Ca(OH)2 составляет п оловину его м ольной м ассы: mЭ [Ca(OH)2]=M/2=74/2=37 г/м оль, аэк вивалентная м ассаAl(OH)3 составляет1/3 егом ольной м ассы: mЭ [Al(OH)3] = M/3 = 78/3 = 26г/м оль.
Н етр удноз ам етить, чтоэк вивалентная м ассаоснования р ассчитывается п о той ж еф ор м уле(4-а), где п од валентностью B п оним ается ф ор м альная валентностьм еталла, или, чтотож есам ое–к оличествогидр ок согр уп п OH в ф ор м улегидр ок сида(так к ак гидр ок согр уп п аодновалентна).
Е слидля к ислотвведеноп онятиеосновность, тодля оснований сущ е- ствует«зер к альносим м етр ичное» п онятие–кис ло т но ст ь.
К ислотн остьосн ован ия определяется количеством г идроксог рупп OH в ег о формуле.
П р иэтом неделается ник ак их оговор ок относительновозм ож ностиих з ам ещ ения, так к ак все гидр ок согр уп п ы в основаниисп особны зам ещ аться нак ислотный остаток .
П о этом у п р из нак у все основания п одр азделяю тся нао д но кисло т ные
(KOH, NaOH, NH4OH ит.п .), д вухкисло т ные [Ba(OH)2, Zn(OH)2, Fe(OH)2 и
т.п .] ит рехкисло т ные [Al(OH)3, Fe(OH)3 ит.п .]. Болеевысок ая к ислотность оснований обычноненаблю дается, так к ак больш инствотр ехк ислотных оснований уж е ам ф отер ны, а для элем ентов с более высок ой валентностью гидр ок сидыобладаю туж еп р еим ущ ественнок ислотным хар ак тер ом .