Еквівалент


Якщо в реакції дві речовини відповідно до рівняння взаємодіють в рівних кількостях а, отже, в рівному масовому відношенні, пропорційному їх молярним масам, то можна стверджувати, що взаємодіючі кількості та маси цих речовин рівноцінні – тобто еквівалентні.

Приклад. В реакції Fe + S = FeS співвідношення реагуючих кількостей Феруму і Сульфуру становить 1 : 1, масове співвідношення дорівнює 55,85 : 32,07. Тобто якщо в реакцію вступає 0,5 моль Fe, то з цією кількістю Феруму прореагує така ж кількість Сульфуру – 0,5 моль S; і відповідно, якщо в реакцію вступає 55,85 г / моль·0,5 моль = 27,925 г заліза, то ця маса заліза прореагує з еквівалентною їй масою сірки 32,07 г / моль·0,5 моль = 16,035 г S. Очевидно, що в реакції утворення двоелементної речовини FeS з простих речовин, стехіометрична валентність атомів Феруму і Сульфуру однакова. Якщо в подібних реакціях атоми елементів проявляють різну валентність, то виникає необхідність ввести фактор еквівалентності – feq, оскільки кількості реагуючих речовин вже не будуть рівними, а маси цих речовин вже не будуть пропорційні їх молярним масам.

Фактор еквівалентності feq речовини – це величина, що показує, яка частина одиниці речовини (молекула, іон), в даній хімічній реакції, відповідає одному еквіваленту:

feq = 1 / z

Для однієї і тієї ж речовини, в різних хімічних реакціях, фактор еквівалентності може бути різним.
При визначенні фактора еквівалентності (завжди feq ≤ 1) та еквівалентного числа (завжди feq ≥ 1) враховуються такі характеристики формульних частинок і хімічних реакцій:

  • стехіометрична валентність;
  • позитивний і негативний заряд іонів (іонна валентність);
  • протони (катіони водню) як носії позитивного елементарного заряду;
  • електрони як носії елементарного негативного заряду;
  • ступінь окислення.

В обмінних реакціях число z відповідає сумі зарядів іонів, якими обмінюється з даною речовиною інший реагент.

Приклад.

2Al(OH)3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O

  • z(Al(OH)3) = 1 + 1 + 1 = 3, число ОН1- груп які приймають участь в реакції;
  • feq(Al(OH)3) = 1/3;
  • z (H2SO4) = 1 + 1 = 2;
  • кількість H+ приймають участь у реакції; feq (H2SO4) = 1/2;
  • z(Al2(SO4)3) = 3 + 3 = 2 + 2 + 2 = 6; де 3 і 2 заряди іонів Al3+ і SO42-; feq(Al2(SO4)3) = 1/6;
  • z (H2O) = 1; тому молекула води утворена іонами H+ і ОН; feq (H2 O) = 1/1.

А от наприклад в цій реакції:

NaOH + H2SO4 = NaHSO4 + H2O

як бачите, тільки один протон в молекулі сірчаної кислоти приймає участь в реакції, тому z для сірчаної кислоти в цій реакції дорівнює 1.

В окисно-відновних реакціях z окислювача (відновника) дорівнює числу електронів які приймає (віддає) одна формульна одиниця окислювача (відновника).

Приклад.

10KCl + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 2MnSO4 + 6K2SO4 + 5Cl2 + 8H2O

MnO4 + 5e → Mn2+; z (MnO4) = z (Mn2+) = 5

2Cl – 2e → Cl2; z (Cl) = 1, z (Cl2) = 2

Як бачимо, фактор еквівалентності речовини позначає частку формульної одиниці речовини (або його кількості), яка бере участь в одиничному акті хімічної реакції – тобто в одиничному перегрупуванні атома або (і) електрона. Наприклад для MnO4 1/5 є тією частиною цієї частки, яка приймає 1 електрон, а от для Cl – фактор еквівалентності 1 / 1 = 1 тобто сам іон хлору бере участь в реакції перегрупування одного електрона – він віддає електрон. У першому випадку, говорять про частку, частину групи MnO4, мається на увазі умовна її частина, тому що MnO4 не можна розділяти на частини практично, бо в такому випадку ця група вже не буде мати притаманні їй хімічні властивості. Cl – навпаки, являє собою реальну частку, іон.

Еквівалент – це реальна або умовна частка, яка в хімічних реакціях здатна приймати або віддавати одиничний позитивний (протон) або одиничний негативний (електрон) заряд.

Тепер стає зрозумілою суть закону еквівалентів: елементарний акт хімічної реакції полягає в перегрупуванні і обміні атомами і електронами, що супроводжується зміною зарядів атомів, часток або частин формульної частинки речовини які приймають участь в одному такому елементарному хімічному акті і називається еквівалентом, тому один еквівалент однієї речовини буде взаємодіяти тільки з одним еквівалентом іншої речовини (або тієї ж самої речовини в реакціях розкладання і диспропорціонування) і в результаті утворюється один еквівалент нової речовини або декількох речовин. Закон еквівалентів:

речовини реагують і утворюються в еквівалентних кількостях

Цей закон вивели німецькі хіміки Вінцель і Ріхтер в 1793 р
У макромасштабі реакції протікають як взаємодія між різними кількостями речовин, у більшості випадків не рівними одна одній.

еквівалентні кількості речовини – завжди однакові в певній хімічній реакції

neq = ν / feq

Кількість еквівалентів речовини прийнято позначати як neq моль еквівалент.
Масу одного моль еквівалентів речовини називають еквівалентна маса речовини, г/моль (або скорочено г/моль.)

M eq = feq * M

Між величинами: маса речовини, кількість еквівалентів та еквівалентна маса дійсно таке співвідношення:

m = neq * Meq

Зверніть увагу (студенти і вчителі) на помилку, яку часто допускають в умовах завдань на тему Еквівалент: “Знайти еквівалент …” – насправді еквівалент не потрібно знаходити, еквівалент – це реальна або умовна частинка яка володіє певними властивостями ( див. визначення вище). Знаходити потрібно одну з характеристик еквівалента: кількість еквівалентів, еквівалентну масу речовини. У старій літературі можна зустріти такі визначення поняттю еквівалент “Еквівалентом елемента називають таку його кількість, яка з’єднується з 1 молем атомів водню або заміщує 1 моль атомів водню в хімічних реакціях.” або “Еквівалентом складної речовини називається така його кількість, яка взаємодіє без залишку з одним еквівалентом водню або взагалі з одним еквівалентом будь-якого іншого речовини.” – Не аналізуватимемо логічні помилки і протиріччя хімічних понять в цих визначеннях (це можна зробити в межах форуму), але вони помилкові.
Насправді в цих визначеннях “еквіваленту” тієї чи іншої речовини – відповідає якраз фактор еквівалентності речовини, тобто яка частина від цілого (атом чи молекула чи іони чи кількість речовин у моль) речовини відповідає одиниці еквівалентів цієї речовини. У наведеній вище реакції окислення іонів хлору перманганат іонами, “еквівалент” перманганату калію дорівнює 0,2 моль, а фактор еквівалентності 1/5 частина від цілого (одиниці) без розмірності.

Comments are closed.