3.2.6. Закон эквивалентов (в. Рихтер, 1793 г.)

Из закона постоянства состава следует, что химические элементы соединяются друг с другом в строго определенных количественных соотношениях.

Возьмем, например, ряд соединений, в состав которых входит элемент водород:HCl– хлороводород,H₂O– вода,NH₃– аммиак,CH₄ метан.

Атомы водорода соединяются со строго определенным числом атомов другого элемента, а поскольку атом каждого элемента имеет вполне определенную атомную массу, то количества соединяющихся друг с другом элементов строго определены. Так, в приведенных соединениях, формулы которых НС1, Н₂О,NH₃и СН₄, на 1 атом водорода приходится: 1 атом хлора, 1/2 атома кислорода, 1/3 атома азота, 1/4 атома углерода.

Химическим эквивалентом элемента называется реальная или условная частица, которая может присоединять, замещать, высвобождать или каким – либо другим образом быть равноценна одному иону водорода H⁺ в ионообменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

Исходя из определения, эквивалент для водорода равен 1 атому, а все, что соединяется, замещает или иным образом соответствует 1 атому водорода, будет эквивалентом другого вещества.

Так, в вышеприведенных соединениях НСl, Н₂О,NН₃и СН₄эквивалент хлора будет равен 1 атому, кислорода – 1/2 атома, азота – 1/3 атома и углерода – 1/4 атома. Понятно, что 3 последние частицы являются не реальными, а условными.

Эквивалент элемента в соединении легко рассчитать по формуле:

Э = 1/В, где

Э – эквивалент элемента;

В – валентность элемента в соединении.

Количество эквивалентов вещества выражают в молях.

Масса 1 моль эквивалентов вещества называется молярной массой его эквивалента (M_экв).

Размерность молярной массы эквивалента – [г/моль].

Молярную массу эквивалента элемента можно рассчитать по формуле

M_экв = М/В,

где M_экв– молярная масса эквивалента элемента; М – молярная масса элемента; В – валентность элемента в соединении.

Так, в приведенных выше примерах молярные массы эквивалентов хлора, кислорода, азота и углерода соответственно равны:

М_экв(Cl) = 35,5/1 = 35,5 г/моль,

М_экв(O) = 16/2 = 8 г/моль,

М_экв (N) = 14/3 = 4,66 г/моль,

М_экв(C) = 12/4 = 3 г/моль.

Понятия об эквивалентах и молярных массах эквивалентов распространяются также на сложные вещества.

Эквивалентом сложного вещества называется такое его количество, которое взаимодействует без остатка с одним эквивалентом водорода или с одним эквивалентом любого другого вещества.

Для определения эквивалентов простых и сложных веществ удобно использовать понятие фактор эквивалентности f.

Фактором эквивалентности для вещества (f) называется число, показывающее какая доля частицы (атома, молекулы) этого вещества равноценна одному иону водорода H⁺ в реакциях обмена или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

Эквивалент элемента можно рассчитать по формуле:

Э = 1 ∙ f_элем.= 1/В.

В свою очередь, фактор эквивалентности может быть найден:

для элемента – f_элем.= 1/валентность элемента

для кислоты – f_{кислоты}= 1/основность кислоты

для основания – f_{основания}= 1/кислотность основания

для соли (средней) – f_соли.= 1/n∙В,

где n– число атомов металла,В– валентность металла.

Таким образом, эквиваленты и молярные массы эквивалентов простых и сложных веществ можно рассчитать по формулам, приведенным в табл. 3.1.

Как видно из приведенных формул, молярная масса эквивалента как элемента, так и сложного вещества не всегда является постоянной величиной. Эквивалент и молярная масса эквивалента элемента зависят от валентности, которую проявляет элемент в соединении.

Таблица 3.1