3. Относительная молекулярная масса.

Относительной молекулярной массой М_r вещества называется величина, равная отношению массы молекулы вещества к 1/12 массы атома углерода ¹²С.

Молекулярная масса численно равна сумме относительных атомных масс всех атомов, входящих в состав молекулы вещества.

Относительная молекулярная масса показывает, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1/12 массы атома ¹²С. Так, молекулярная масса кислорода M_r(O₂) равна 32. Это означает, что масса молекулы кислорода в 32 раза больше, чем 1/12 массы атома ¹²C. Относительная молекулярная масса – одна из основных характеристик вещества.

4. Моль. Молярная масса.

Наряду с единицами массы, в химии пользуются также единицей количества вещества, называемой молем. Моль – количество вещества, содержащее в своем составе столько атомов, молекул, ионов, электронов или других структурных единиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода ¹²С.

Применяя понятие моль, необходимо в каждом конкретном случае точно указать, какие именно структурные единицы имеются в виду. Например, моль атомов Н, моль молекулы H₂, моль ионов H⁺.

В настоящее время число структурных единиц, содержащихся в 1 моле вещества (постоянная Авогадро), определено с большей точностью. В практических расчетах его принимают равным 6,02  10²³. Исходя из этого можно сказать, что моль – это количество вещества, которое содержит 6,02  10²³ структурных единиц (молекул, атомов, ионов, электронов и др.)

Отношение массы «m» вещества к его количеству «n» называют молярной массой вещества.

Молярную массу обычно выражают в г/моль.

5. Эквивалент, фактор эквивалентности, молярная масса эквивалентов

В настоящее время эквивалентом(Э)называют реальную или условную частицу вещества, которая может замещать, присоединять или быть каким-либо другим способом эквивалента одному атому или иону водорода в кислотно-основных или ионообменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

Так же, как молекула, атом или ион, эквивалент безразмерен. И так же, как в случае молекул, атомов или ионов, состав эквивалента выражается с помощью химических знаков и формул.

Для того чтобы определить состав эквивалента вещества и правильно записать его химическую формулу, надо исходить из конкретной реакции, в которой участвует данное вещество.

Рассмотрим несколько примеров определения формулы эквивалента.

(1)

С одним ионом водорода реагирует один ион гидроксила. Поэтому Э, а эквивалент гидроксида калия и гидроксида натрия будет соответственноКОН и NaOH.

Рассмотрим взаимодействие Ca(OH)₂ c HCl.

(2)

В реакции (2) один ион водорода эквивалентен 1/2 иона , одному ионуОНи одному ионуCl. Следовательно,Э,Э(Cl) =, Э.

Запишем уравнение реакции (2) в молекулярной форме:

Одному иону эквивалента 1/2 молекулы, следовательно,Э

(3)

B реакции (3) с одним ионом цинка взаимодействуют два электрона, поэтому Э.

(4)

В реакции (4) ион Feреагирует с одним электроном и, соответственно Э

(5)

В реакции (5) ион Fe присоединяет три электрона, следовательно, Э.

ФАКТОР ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ (fэ) – это число, которое показывает, какая часть реальной частицы соответствует 1 эквиваленту.

По реакции (1) f_э(OH) = 1;

по реакции (2) f_э(Ca(OH)₂= 1/2;

f_э(CaCl₂) = 1/2;

по реакции (3) f_э;

по реакции (4) fэ(Fe) = 1,

по реакции (5) fэ(Fe) = 1/3.

Так как один ион водорода соответствует единице валентности, то fэ химического элемента равен 1/В, где В – валентность элемента в данном соединении. Например, в fэ(S) = ½, Э(S) = 1/2S, в NH

fэ(N) = 1/3, Э(N) = 1/3 N, в AlClfэ(Al) = 1/3, Э(Al) = 1/3Аl,

fэ(Cl) = 1, Э(Cl) = Cl.

МОЛЬ ЭКВИВАЛЕНТОВ – это количество вещества, которое соединяется с 1 моль атомов водорода или ½ моль атомов кислорода или замещает те же количества водорода в их соединениях. Например, в соединениях HCl, H₂S, NH₃, CH₄ моль эквивалентов хлора, серы, азота, углерода равен соответственно 1 моль Cl, ½ моль S, 1/3 моль N, ¼ моль углерода.

Для нахождения молярной массы эквивалентов химического элемента нужно молярную массу данного элемента умножить на фактор эквивалентности.

Например, в тех же соединениях HCl, H₂S, NH₃, CH₄,

Мэ(Cl) = M(1Cl) = 35,5 г/моль,

Мэ(S) = M(1/2S) = 16 г/моль,

Mэ(N) = M(1/3N) = 4,67 г/моль,

Мэ(С) = М(1/4C) = 3 г/моль

Рассмотрим, как определяются эквивалент, фактор эквивалентности и молярная масса эквивалентов сложных веществ.

Эквивалент кислоты зависит от ее основности, которая определяется числом атомов водорода, замещающихся в реакции на атомы металла, fэ(кислоты) = . Если кислота многоосновная, то fэ и Э и Мэ могут принимать различные значения. Например:

В реакции (6) серная кислота обменивает на металл один атом водорода, поэтому fэ(Н₂SO₄) = 1, Э(H₂SO₄) = H₂SO₄,

M(1H₂SO₄) = 98 г/моль

В реакции (7) обменивает на металл два атома водорода, т.е. ведет себя как двухосновная кислота, поэтому

fэ(H₂SO₄) = 1/2, Э(H₂SO₄) = 1/2 H₂SO₄, М(1/2 H₂SO₄) = 49 г/моль

Эквивалент основания зависит от кислотности основания, которая определяется числом гидроксильных групп, обменивающихся на кислотный остаток, fэ(основания). Для многокислотных основанийfэ – величина переменная и зависит от условий проведения реакции, например:

В реакции (8) гидроксид алюминия обменивает одну группу ОНна кислотный остаток, поэтомуfэ(Al(OH)₃) = 1, Э(Al(OH)₃) = Al(OH)₃, M(1 Al(OH)₃) = 78 г/моль.

В реакции (9) Al(OH)₃ обменивает на кислотный остаток две группы ОН, поэтомуfэ(Al(OH)₃) = ½, Э(Al(OH)₃) = ½Al(OH)₃, М(1/2 Al(OH)₃) = 39 г/моль.

В реакции (10) fэ(Al(OH)₃)=1/3,

Э = 1/3Al(OH)₃, М(1/3Al(OH)₃) = 26 г/моль.

Для средних солей ,где В – валентность металла, образующего соль, n – число его атомов.

Например,

Na₂SO₄ - f_э(Na₂SO₄) = 1/2, Э(Na₂SO₄) = 1/2 Na₂SO₄,

M(1/2Na₂SO₄) = 71 г/моль

Al₂(SO₄)₃ - f_э(Al₂(SO₄)₃ = 1/(2 3) = 1/6,

Э(Al₂(SO₄)₃ = 1/6 Al₂(SO₄)₃, М(1/6 Al₂(SO₄)₃) = 57 г/моль

СаСО₃ - f_э (СаСО₃) = 1/2, Э(СаСО₃) = 1/2 СаСО₃,

М(СаСО₃) = 50 г/моль

Для кислых и основных солей fэ, Э и Мэ определяются по уравнению реакции, исходя из того что вещества вступают в реакцию в эквивалентных количествах.

Рассмотрим следующие реакции:

NaHSO₄ + NaOH = Na₂SO₄ + H₂O (11)

NaHSO₄ + BaCl₂ = BaSO₄ + NaCl + HCl (12)

Al(OH)Cl₂ + HCl =AlCl₃ + H₂O (13)

Al(OH)Cl₂ + 2NaOH = Al(OH)₃ = 2NaCl (14)

Al(OH)Cl₂ + Na₃PO₄ = AlPO₄ + 2NaCl + NaOH (15)

B реакции (11) одна молекула гидросульфата натрия взаимодействует с 1 эквивалентом NaOH, следовательно, fэ(NaHSO₄) = 1, Э(NaHSO₄) = NaHSO₄, M(1NaHSO₄) = 120 г/моль.

В реакции (12) одна молекула NaHSO₄ взаимодействует с двумя эквивалентами хлорида бария, т.к. fэ(ВаCl₂) = 1/2 и Э(BaCl₂) = 1/2BaCl₂, следовательно, fэ(NaHSO₄) также равен 1/2 и Э(NaHSO₄) = 1/2NaHSO₄, M(1/2NaHSO₄) = 60 г/моль.

В реакции (13) одна молекула дихлорида гидроксоалюминия взаимодействует с 1 эквивалентом HCl, поэтому fэ(Al(OH)Cl₂) = 1, Э(Al(OH)Cl₂) = Al(OH)Cl₂, M(1 AlOHCl₂) = 115 г/моль.

В реакции (14) одна молекула AlOHCl₂ взаимодействует с двумя эквивалентами NaОН(fэ(NaOH) = 1), следовательно, fэ(AlOHCl₂) = 1/2, Э(AlOHCl₂) = 1/2 AlOHCl₂, М(1/2 AlOHCl₂) = 57,5 г/моль.

В реакции (15) одна молекула AlOHCl₂ взаимодействует с тремя эквивалентами Na₃PO₄(fэ(Na₃PO₄) = 1/3), поэтому fэ(AlOHCl₂) = 1/3, Э(AlOHCl₂) = 1/3AlOHCl₂, M(1/3AlOHCl₂) = 38,3 г/моль.

Для оксидов, проявляющих основные свойства, fэ равен

где В - валентность металла, n - число атомов металла в оксиде,

например, CaO - fэ(СaO) = 1/2, Э(CaO) = 1/2 CaO,

M(1/2CaO) = 28 г/моль, Na₂O - fэ(Na₂O) = 1/2,

Э(Na₂O) = 1/2Na₂O, M(1/2Na₂O) = 31 г/моль.

Al₂O₃ - fэ(Al₂O₃) = 1/6, Э(Al₂O₃) = 1/6 Al₂O₃,

M(1/6Al₂O₃) = 17 г/моль.

Для оксидов, проявляющих кислотные свойства, fэ по уравнению реакции:

SO₃ + 2NaOH = Na₂SO₄ + H₂O (16)

В реакции (16) одна молекула оксида серы (V1) взаимодействует с двумя эквивалентами гидроксида натрия (fэ(NaOH) = 1), cледовательно, fэ(SO₃) = 1/2, Э(SO₃) = 1/2SO₃, M(1/2SO₃) = 40 г/моль

Al₂O₃ + 2NaOH = 2NaAlO₂ + H₂O (17)

В реакции (17) одна молекула оксида алюминия взаимодействует с двумя эквивалентами гидроксида натрия, поэтому fэ(Al₂O₃) в данной реакции равен 1/2, Э(Al₂O₃) = 1/2 Al₂O₃, M(1/2Al₂O₃) = 51 г/моль.

Из всего сказанного можно сделать вывод, что фактор эквивалентности химического элемента и любого сложного вещества равен единице, деленной на число образующихся либо перестраивающихся связей .

Для кислот, оснований, средних солей и оксидов, проявляющих основные свойства, молярная масса эквивалентов может быть рассчитана как сумма молярных масс эквивалентов, составляющих данное соединение ионов (или элементов для оксидов).

Например, Мэ(H₂SO₄) реакции (6) равна:

Мэ(Н⁺) + Мэ(НSO^-₄) = M(1H⁺) + M(1HSO₄^-) = 98 г/моль

(fэ(иона) равен 1, деленной на заряд иона).

Мэ(H₂SO₄) в реакции (7) равна

Мэ(Н⁺) + Мэ(SO₄^2-) = M(1H⁺) + M(1/2SO₄^2-) = 49 г/моль

Мэ(Al(OH)₃) в реакции (7) = Мэ(Al(OH)₂⁺) + Mэ(OH^-) = M(1Al(OH)₂) + M(1OH^-) = 78 г/моль

Мэ(Al(OH)₃) в реакции (8) равна Мэ(AlOH²⁺) + Мэ(OH^-) = M(1/2AlOH²⁺) + M(1OH^-) = 39 г/моль.

Мэ(Al(OH)₃) в реакции (9) равна Мэ(Al⁺³) +Mэ(OH^-) = M(1/3 Al³⁺) + M(1OH^-) = 26 г/моль.

Mэ(AL₂(SO₄)₃) = Mэ(Al³⁺) + Mэ(SO₄^2-) = M(1/3Al³⁺) + (1/2SO₄^2-) = 57 г/моль.

Mэ(CaO) = Mэ(Ca²⁺) + Mэ(O^2-) = M(1/2Ca²⁺) + M(1/2O^2-) = 28 г/моль.