Основные понятия химии. 
Закон эквивалентов

Эквивалентом называется такое количество вещества (моль), которое без остатка соединяется с одним атомом водорода или замещает то же его количество в химических реакциях.

Масса одного эквивалента вещества — это его эквивалентная масса M_Э [г/моль].

Эквивалент вещества, а, следовательно, и эквивалентная масса зависят от валентности элементов.

Валентность — способность атома образовывать определенное число ковалентных связей.

За единицу валентности принимают валентность атома водорода, которая равна 1.

А поскольку все элементы образуют соединения с кислородом и учитывая, что атом кислорода всегда присоединяет два атома одновалентного элемента, нетрудно определить валентности.

Эквивалентная масса элемента определяется из соотношения:

где А_эл. — атомная масса элемента, г/моль.

При определении эквивалентной массы оксида удобно пользоваться формулой:

М_{э, оксида} = М_{э, эл.} + 8,.

где М_{Э, эл.} — эквивалентная масса элемента, г/моль;

8 — эквивалентная масса кислорода в оксидах, величина постоянная, найденная из соотношения г/моль.

Эквивалентная масса вещества В (M_{Э, В}) определяется из соотношения.

где M_B — молярная масса вещества В, г/моль;

f_Э — эквивалентное число (фактор эквивалентности).

При вычислении эквивалентных масс кислот, оснований или солей эквивалентные числа определяются:

f_Э (кислоты) — числом ионов H⁺ (например, для H₂SO₄, f_Э = 2);

f_Э (основания) — числом ионов OH- (например, для Al (OH)₃, f_Э = 3);

f_Э (соли) — суммарным зарядом всех катионов данной соли (например, Al (OH)₂Cl, f_Э = 1, Al₂(SO₄)₃; f_Э = 6 и т. д.).

Эквивалентное число и молярная масса эквивалента — величины не постоянные и зависят от стехиометрии реакции, в которой они принимают участие.

f_Э определяется в:

• — кислотно-основных реакциях f_Э определяется числом замещенных ионов водорода;
• — окислительно-восстановительных реакциях f_Э определяется числом принятых или отданных электронов;
• — реакциях комплексообразования — числом зарядов катионов металла, которые принимают участие в образовании молекулы комплексного иона;
• — реакциях осаждения — числом зарядов катионов металла, участвующих в образование малорастворимого соединения.

Например, реакция нейтрализации гидроксида натрия (NaOH) фосфорной кислотой (H₃PO₄) может протекать с образованием кислых (1, 2) и средней (3) солей:

1).

• 2)
• 3)

В первом случае только один ион водорода фосфорной кислоты замещается на катион металла, отсюда и эквивалентное число равно единице. Во втором случае два иона водорода фосфорной кислоты замещаются на ионы металла, следовательно, В третьем случае три иона водорода кислоты замещаются на катионы натрия,.

Окислительно-восстановительные реакции. Рассмотрим на примере восстановления (ионов) в зависимости от реакции среды.

Полуреакция.

выражает восстановление ионов в ионы в кислой среде (рН < 7), в результате чего происходит принятие пяти электронов, следовательно,.

В щелочной среде (рН > 7) ионы восстанавливаются до молекулы оксида марганца (IV), что выражается полуреакцией.

.

в результате которой происходит принятие трех электронов. Следовательно,.

В нейтральной среде ионы восстанавливаются до ионов, что связано с принятием только одного электрона:

а.

Так, для, в зависимости от реакции среды, f_Э может принимать значения 1, 3 или 5.

Реакции комплексообразования. Рассмотрим на примере реакции образования гексацианоферрата (II) калия-цинка (), которая протекает по схеме.

и определим f_Э гексацианоферрата калия (K₄[Fe (CN)₆]). В двух молях гексацианоферрата (II) калия было замещено шесть ионов калия тремя ионами цинка, следовательно, в каждой молекуле было замещено 3 иона калия, или во взаимодействии с каждой молекулой приняли участие 3 иона цинка, следовательно, .

Реакции осаждения. Разберем на примере образования сульфата бария () по реакции.

В данной реакции участвует один катион бария с зарядом иона +2 (), отсюда.

Закон эквивалентов (Рихтер, 1792−1794 гг.). Массы, объемы реагирующих веществ прямо пропорциональны их эквивалентным массам (M_Э), эквивалентным объемам ().

, .

Математическая запись закона эквивалентов представлена в трех вариантах через:

• — массы реагирующих веществ;
• — массы и объемы реагирующих веществ;
• — объемы реагирующих веществ.

Эквивалентным объемом называется объем одного эквивалента вещества [л/моль]. Имеет смысл только для газообразных веществ и может быть определен следующим образом:

.

где V_o — мольный объем газа, т. е. объем, занимаемый газом при нормальных условиях (Р_о = 760 мм рт. ст. = 101 325 Па; Т_о = 273 K), л.

Например:

л/моль;

л/моль;

л/моль.