Эквивалентом (Э) вещества называется такое его количество, которое в химических реакциях соединяется с 1 моль атомов водорода или замещает его в соединениях.

Размерность эквивалента такая же, как и количества вещества: моль.

Например, в реакции

2H₂ + O₂ → H₂O

1 моль атомов Н эквивалентен ¹/₂ моль атомов О, следовательно, Э(О) = ¹/₂ моль.

Масса одного эквивалента вещества называется эквивалентной массой (М_экв); размерность эквивалентной массы такая же, как молярной массы: кг/моль или г/моль.

Например, М_экв(Н) = 1 г/моль; М_экв(О) = 8 г/моль.

В старых изданиях учебных пособий можно встретить употреблявшийся ранее термин «грамм – эквивалент». Грамм-эквивалент численно равен эквивалентной массе.

Количество вещества эквивалента (n_экв) равно отношению массы вещества (m) к эквивалентной массе: n_экв = m/М_экв. Например, если имеется 32 г кислорода, то n_экв = ³²/₈ = 4моль.

Используя эквивалентные массы, можно следующим образом сформулировать закон эквивалентов: массы веществ, вступающих в реакцию, пропорциональны их эквивалентным массам.

Например, для реакции полной нейтрализации серной кислоты гидроксидом натрия

¹/₂ H₂SO₄ + NaOH → ¹/₂ Na₂SO₄ + 2H₂O

массы серной кислоты и гидроксида натрия, вступившие в реакцию, относятся как 98/2:40 = 49:40. Если в реакции участвует 24.5 г H₂SO₄ то масса NaOH, требующаяся для реакции оставит, согласно пропорции 49:40 = 24.5:х, то отсюда х = 20 г.

Молярная масса и эквивалентная масса связаны соотношением:

М_экв = f _экв*М, (2)

где f _экв – так называемый фактор эквивалентности, который для элемента равен ¹/_В, где В – стехиометрическая валентность элемента в данном соединении; f_экв – величина безразмерная.

Так, для серы в H₂S f _экв = ¹/₂, откуда Э(S) = ¹/₂ моль и М_экв = ³²/₂ = 16 г/моль. Для алюминия в AI₂O₃ f _экв = ¹/₃, откуда Э(AI) = ¹/₃ моль и М_экв(AI) = 9 г/моль.

Для различных классов неорганических соединений фактор эквивалентности равен:

Для оксида:

Для основания:

Для кислоты:

Для соли:

Отсюда следует:

Для оксида:

Для основания:

Для кислоты:

Для соли:

Эквивалентная масса бинарного (состоящего из двух элементов) соединения равно сумме эквивалентных масс составляющих его элементов. Например, М_экв(СаО) = М_экв(Са) + М_экв(О) = ⁴⁰/₂ + ¹⁶/₂ = 28 г/моль; М_экв(Al₂O₃) = ²⁷/₃ + ¹⁶/₂ = 17 г/моль. Нетрудно убедится, что полученная эквивалентная масса идентична полученной подсчетом по приведённой выше формуле для оксида.

Эквивалент вещества (и, следовательно, его эквивалентная масса) может меняться в зависимости от реакции, в которой это вещество участвует, поэтому необходимо указывать, к какой конкретно реакции относится эквивалент. Например:

1. H₃PO₄ + NaOH → NaH₂PO₄ + H2O

2. H₃PO₄ + 2NaOH → Na₂HPO4 + 2H₂O или

¹/₂H₃PO4 + NaOH → ¹/₂Na₂HPO4 + H₂O

3. H₃PO₄ + 3NaOH → Na₃PO₄ + 3H₂O или

¹/₃ H₃PO₄ + NaOH → ¹/₃ Na₃PO₄ + H₂O

Из соотношений между количествами реагирующих веществ следует, что в первой реакции Э(Н₃РО₄) = 1 моль, а второй ¹/₂ моль и в третей ¹/₃ моль.

Эквивалент Н₂О зависит от того, участвует ли в реакции один атом водорода (или гидроксогруппа) воды (например, при замещении металлом), или оба атома водорода (атом кислорода). Например, в реакции

Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂

Э(Н₂О) = 1моль, в то время как в реакции

Ca + 2H₂O(г) → СаО + Н₂

Э(Н₂О) = ¹/₂ моль.

При расчетах по уравнениям реакций с участием газов удобно пользоваться величинами эквивалентного объёма (V_экв) для данного газа, равного объему, который занимает один эквивалент этого газа. Эквивалентный объём связан с молярным объёмом соотношением V_экв = f _экв·V_м, откуда следует, что размерность эквивалентного объёма такая же, как молярного объёма, т.е. м³/моль или л/моль. При н.у. V_экв = f _экв · 22.4 л/моль. При этом

Так, для Н₂ f _экв = ¹/₂, откуда V_экв(Н₂) = ^22.4/₂ = 11.2 л/моль (н.у.). Такую же величину имеет эквивалентный объём хлора. Для О₂ f _экв = ¹/_(2∙2), откуда V_экв(О₂) = ^22.4/₂ = 5.6 л (н.у.).

Для азота в реакции

6Li + N₂ = 2Li₃N

V_экв = ^22.4/_(2∙3) = 3.73 л/моль.

Ниже приведены примеры, показывающие соотношение между молярной массой (М) и эквивалентной массой (М_экв) для наиболее типичных случаев.

Таблица 1

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: