Одиницею вимірювання кількості речовини є моль. Один моль - це така кількість речовини, яка містить стільки формульних одиниць. скільки атомів міститься в 0,012кг ізотопу вуглецю 12 С. Число атомів в 12 грамах вуглецю 12С одно постійної Авогадро, NА = 6.0221 × 10 23 моль -1. Масу одного моль речовини називають молярною масою. Основною одиницею виміру молярної маси є кілограм на моль (кг / моль) або грам на моль (г / моль). Наприклад, молярна маса сірчаної кислоти дорівнює М (H2 SO4) = 98г / моль. Крім формулярний одиниць в хімії застосовують таке поняття як еквівалент. Поняття еквівалента з'явилося після робіт Ріхтера (1 793), який відкрив закон еквівалентів. У деяких хімічних реакціях, бере участь не ціла формульна одиниця, а лише її частина, яка називається еквівалентом.
1.1 Еквівалент - це реальна або умовна частка речовини відповідна одному йону водню в кислотно-основних або іонообмінних реакціях або одному електрону в окислювально-відновних реакціях. Еквівалент - безрозмірна величина. Еквівалент в ZB разів менше, ніж відповідні йому реальні частки і їх формульні одиниці. Число ZB називають еквівалентним числом або числом еквівалентності ZB ≥ 1. Зворотну величину еквівалентного числа 1 / ZB називають фактором еквівалентності (f Е) У загальному випадку для деякого речовини (B) 1 / Z називають фактором еквівалентності, а Z числом еквівалентності. Число еквівалентності показує скільки хімічних еквівалентів містить одна формульна одиниця. Хімічний еквівалент не є постійною величиною, він залежить від валентності (ступеня окислення) елемента в даному з'єднанні. Наприклад, в з'єднаннях: НСl, Н2 О, NН3 і СН4. еквівалент хлору буде відповідати 1 атому, кисню - 1/2 атома, азоту - 1/3 атома і вуглецю відповідно - 1/4 атома. Еквівалент, як частка, може бути охарактеризований молярної масою (молярним об'ємом) і певною кількістю речовини nе.
1.2 Молярна маса еквівалента речовини (М Е) - це така кількість речовини, яке з'єднується з одним моль атомів водню (1г) або заміщає таку ж кількість в реакціях, виражається в г / моль. Вона визначається як добуток молярної маси речовини на фактор еквівалентності.
1.3 Фактором еквівалентності для речовини називається число, що показує яка частка частки (атома, молекули) цієї речовини рівноцінна одному йону водню H + в реакціях обміну або одному електрону в окислювально-відновних реакціях.
Еквівалент будь-якої речовини можна розрахувати за формулою: Е = 1 # 8729; f Е речовини.
Введення в хімію поняття "еквівалент" дозволило сформулювати закон еквівалентів. (Ріхтер, 1793г. Німеччина)
Закон еквівалентів: Маси реагуючих речовин пропорційні молярним масам їх еквівалентів.
Закон еквівалентів можна записати в наступному вигляді:
; = N е = n Е; n е - кількість еквівалентів,
М Е - молярна маса еквівалента речовини, V Е - Еквівалентний об'єм.
Для газоподібних речовин зручно користуватися еквівалентним об'ємом.
1.5 Еквівалентний об'єм
Еквівалентним об'ємом (л / моль · екв, м 3 / моль · екв) називається обсяг, яку він обіймав за даних умов (Р, Т) одним моль еквівалента речовини. Значення еквівалентного обсягу речовини, що знаходиться в газоподібному стані, можна знайти, знаючи, що один моль будь-якого газу займає при нормальних умовах (Р0 = 760 мм рт.ст. = 101325 Па; Т0 = 273 К) 22.4 літра. а еквівалентний обсяг (V е) буде займати Vm • f е даного газоподібної речовини. Наприклад, визначимо еквівалентний обсяг водню. Оскільки один моль водню складається з двох моль атомів водню, отже, в одному моль водню міститься два еквівалента водню; таким чином еквівалентний обсяг водню дорівнюватиме 22.4 / 2 = 11.2 л / моль або 11.2 * 10 -3 м 3 / моль.
2 г Н2 → 22,4 л
1 г Н2 → х л
x = 11,2 л, т. е. Vекв (H) = 11,2 л / моль
Аналогічно можна розрахувати еквівалентний обсяг для кисню, який буде дорівнює: V екв (O2) = 5,6 л / моль.
1.6 Еквівалент і молярна маса еквівалента простих і складних речовин.
Еквівалентом складного речовини називається реальна або умовна частка цієї речовини, яка взаємодіє без залишку з одним еквівалентом водню або з одним еквівалентом будь-якого іншого речовини
Для розрахунку молярних мас еквівалентів простих і складних речовин можна скористатися стаціонарними формулами:
Молярна маса еквівалента простого речовини (елемента) (м е) визначається як частка від ділення молярної маси його атомів (А) на валентність (ступінь окислення) елемента (В) в даному з'єднанні і вимірюється в грам / моль або грамах.
Наприклад, молярна маса еквівалента сірки в SO2 і SO3 відповідно рівні 32/4 = 8 грам / моль • екв і 32/6 = 5.33 грам / моль. Можна M е висловлювати в грамах.
Приклад № 1. Визначити еквівалент та еквівалентні маси елементів в з'єднаннях HF, H2 O, NH3. CH4.
Рішення. У зазначених сполуках з 1 моль атомів водню з'єднується 1 моль атомів фтору, 1/2 моль атомів кисню, 1/3 моль атомів азоту, 1/4 моль атомів вуглецю.
Отже, фактор еквівалентності фтору, кисню, азоту та вуглецю відповідно рівні 1 моль, 1/2 моль, 1/3 моль, 1/4 моль. Виходячи з молярних мас атомів цих елементів, визначаємо, молярна маса еквівалента фтору рівну 19 м кисню - 16 • 1/2 = 8 м азоту - 14 * 1/3 = 4.67 м вуглецю - 12 • 1/4 = 3 г .
Для визначення молярної маси еквівалента не обов'язково виходити з його сполуки з воднем. Молярну масу еквівалента можна обчислити за складом з'єднання даного елементу з будь-яким іншим, молярна маса еквівалента якого відома.
Приклад № 2. Обчислити молярну масу еквівалента металу, знаючи, що його хлорид містить 79.78% хлору. Молярна маса еквівалента хлору дорівнює 35.45 г / моль.
20.22 / М е ме = 79,78 / 35.45 => М е ме = 20.22 • 35.45 / 79.78 = 8.98 м Молярна маса еквівалента металу дорівнює 8.99 м
Молярні маси еквівалентів хімічних сполук так само як молярні маси еквівалентів елементів можуть мати змінні значення. Це визначається характером перетворення речовин.
Молярні маси еквівалентів оксидів в реакціях обміну:
; ;
де Моксіда - молярна маса оксиду; n - число атомів елемента;
В - валентність (ступінь окислення) елемента.
Приклад № 3. Визначити еквівалентні маси оксидів заліза.
Молярні маси еквівалентів кислот в реакціях обміну:
;
де Мкіслоти - молярна маса кислоти; nн - (основність), число атомів водню, що містяться в молекулі кислоти, здатних заміщатися на метал.
Прімер№4. Визначити молярну масу еквівалента і фактор еквівалентності H3 PO4 в наступних реакціях:
Рішення. Молярна маса H3 PO4 дорівнює 98 г / моль. В реакції (1) кількість nн атомів водню, замість на метал, рівні 3 (кислота проявляє основність рівну трьом), отже еквівалентом Н3 Р04 буде умовна частка 1/3 молекули H3 PO4. тому якщо одна молекула H3 PO4 надає три іона Н +. то один іон Н + дає 1/3 молекули H3 PO4. З іншого боку, на реакцію з однією молекулою ортофосфорної кислотою луг віддає 3 іона ОН -. отже, один іон ОН - потрібно на взаємодію з 1/3 молекули кислоти. Еквівалентом кислоти є умовна частка 1 / 3Н3 РО4. а еквівалентом лугу частка КОН, M е (H3PO4) = 98/3 = 32,7 г / моль • екв, f е (H3PO4) = 1
В реакції (3) пн = 1, отже, еквівалент Н3 Р04 дорівнює 1 моль, а еквівалентна маса M Е = 98/1 = 98 (г / моль).
Молярні маси еквівалентів підстав в реакціях обміну:
;
де Mоснованія - молярна маса підстави; nон - число гідроксильних груп в молекулі підстави, здатних замістити на кислотний залишок (кислотність).
Приклад № 5. Визначити молярну масу еквівалента і фактор еквівалентності Сu (ОН) 2 в наступних реакціях:
Рішення. Молярна маса Сu (ОН) 2 дорівнює 97.5 г / моль. В реакції (1) кількість гідроксильних груп nон. замести на кислотний залишок, дорівнює 2, отже фактор еквівалентності Сu (ОН) 2 дорівнює 1/2 моль, а молярна маса еквівалента М е Сu (ОН) 2 = 97.5 / 2 = 48.75 (г / моль).
В реакції (2) кількість гідроксильних груп nон. замести на кислотний залишок, дорівнює 1, отже еквівалент Сu (ОН) 2 дорівнює 1 моль, а еквівалентна маса ЕСu (ОН) 2 = 97.5 / 1 = 97.5 (г / моль).
Молярні маси еквівалентів підстав солей в реакціях обміну:
;
де Мсолі - молярна маса солі; - число атомів металу; - валентність (ступінь окислення) металу.
Приклад № 6. Визначити молярну масу еквівалента сульфату алюмінію.
Рішення. Молярна маса сульфату алюмінію Al (SO4) 3 дорівнює 342 г / моль. Отже, М е Al2 (SO4) 3 = 342 / (2 • 3) = 57 г / моль.
Окислювально-відновні еквіваленти визначаються шляхом ділення молярної маси на число електронів, що йдуть на відновлення або окислення
;
де МOx-Red - молярна маса окислювача (відновника); nе - число електронів, що йдуть на окислення (відновлення).
Приклад № 7. Чому дорівнює молярна маса еквівалентна і фактор еквівалентності перманганату калію як окислювача, якщо ця речовина в процесі реакції відновлюється:
1) до сульфату марганцю; 2) до діоксиду марганцю; 3) манганата калію?
Рішення. 1) При відновленні KMnO4 до MnSO4 ступінь окислення марганцю знизиться з +7 до +2, тобто число електронів, що йдуть на відновлення, дорівнює 5. Отже,
2) При відновленні KMnO4 до MnO2 ступінь окислення марганцю знизиться з +7 до +4, тобто число електронів, що йдуть на відновлення, дорівнює 3. Отже,
3) При відновленні KMnO4 до K2 MnO4 ступінь окислення марганцю знизиться з +7 до +6, тобто число електронів, що йдуть на відновлення, дорівнює 1. Отже,
Для вирішення завдань зручно користуватися аддитивними формулами, тобто молярна маса еквівалента складної речовини дорівнює сумі молярних мас еквівалентів його складових частин, наприклад: