Войти
Эквивалентный вес (также известный как эквивалент в граммах ) - это масса одного эквивалента, то есть массы данного вещества, которое будет объединяться с фиксированным количеством другого вещества или вытеснять его. Эквивалентная масса элемента представляет собой массу, которая объединяется или вытесняет 1,008 грамм водорода, 8,0 граммов кислорода или 35,5 граммов хлора. Эти значения соответствуют атомной массе, деленной на обычную валентность ; для кислорода, например, 16,0 г / 2.
Для кислотно-основных реакций эквивалентная масса кислоты или основания - это масса, которая поставляет или реагирует с одним моль из катионов водорода (H.). Для окислительно-восстановительных реакций эквивалентная масса каждого реагента поставляет или реагирует с одним моль электронов (е) в окислительно-восстановительной реакции.
Эквивалентная масса имеет размеры и единицы массы, в отличие от атомного веса, который безразмерен. Эквивалентные веса первоначально определялись экспериментально, но (поскольку они все еще используются) теперь выводятся из молярных масс. Кроме того, эквивалентный вес соединения можно рассчитать путем деления молекулярной массы на количество положительных или отрицательных электрических зарядов, возникающих в результате растворения соединения.
Иеремиас Бенджамин Рихтер (1762–1807), один из первых химиков, опубликовавших таблицы эквивалентных весов, а также автор слова «стехиометрия ".Первые эквивалентные веса были опубликованы для кислоты и основания, составленный Карлом Фридрихом Венцелем в 1777 году. Большой набор таблиц был подготовлен, возможно, независимо, Иеремиасом Бенджамином Рихтером, начиная с 1792. Однако ни Венцель, ни Рихтер не имели единой точки отсчета для своих таблиц, и поэтому им приходилось публиковать отдельные таблицы для каждой пары кислоты и основания.
Первая таблица атомных весов Джона Далтона (1808) предложил точку отсчета, по крайней мере, для элементов : принятие эквивалентного веса водорода за одну единицу массы. Однако атомная теория Дальтона была далека от из общепринятых в начале 19 века. Одной из самых больших проблем была реакция водорода с кислородом с образованием воды. Один грамм водорода реагирует с восемью граммами кислорода с образованием девяти граммов воды, поэтому эквивалентный вес кислорода был определен как восемь граммов. Поскольку Дальтон предположил (ошибочно), что молекула воды состоит из одного атома водорода и одного атома кислорода, это означало бы, что атомный вес кислорода равен восьми. Однако, выражая реакцию в объемах газа в соответствии с законом Гей-Люссака объединения объемов газа, два объема водорода реагируют с одним объемом кислорода с образованием двух объемов воды, что предполагает (правильно), что атомарный вес кислорода шестнадцать. Работы Шарля Фредерика Герхарда (1816–56), Анри Виктора Реньо (1810–78) и Станислао Канниццаро (1826–1910) помогли рационализировать это и многие подобные парадоксы, но проблема все еще оставалась предметом дебатов на Конгрессе в Карлсруэ (1860).
Тем не менее, многие химики сочли эквивалентные веса полезным инструментом, даже если они не подписывайтесь на атомную теорию. Эквивалентные веса были полезным обобщением закона Джозефа Пруста об определенных пропорциях (1794), который позволил химии стать количественной наукой. Французский химик Жан-Батист Дюма (1800–84) стал одним из наиболее влиятельных противников теории атома, приняв ее в начале своей карьеры, но был стойким сторонником эквивалентных весов.
Поскольку атомные таблицы были составлены частично в соответствии с законами Венцеля и Рихтера, частично на основе простых предположений, они оставили много сомнений в лучших умах. Чтобы избежать этой проблемы, была предпринята попытка вывести атомные веса из плотности элементов в парообразном состоянии, из их удельной теплоемкости, из их кристаллической формы.. Но не следует забывать, что ценность цифр, выведенных из этих свойств, ни в коей мере не абсолютна... Подводя итог, что осталось от этой амбициозной экскурсии, которую мы позволили себе в царстве атомов? Ничего, по крайней мере, ничего необходимого. Что у нас осталось, так это убежденность в том, что химия там потерялась, как всегда, когда отказывается от эксперимента, она пыталась пройти без проводника по теням. Используя эксперимент в качестве руководства, вы найдете эквиваленты Венцеля, эквиваленты Митчерлиха, они представляют собой не что иное, как молекулярные группы. Если бы у меня была сила, я бы стер слово «атом» из науки, убедив, что оно выходит за рамки экспериментальных данных; и в химии мы никогда не должны выходить за рамки экспериментов.
— Жан-Батист Дюма, лекция в Collège de France, 1843/44Эквивалентные веса были не без проблем свои собственные. Во-первых, шкала на основе водорода не была особенно практичной, поскольку большинство элементов не реагируют напрямую с водородом с образованием простых соединений. Однако один грамм водорода реагирует с 8 граммами кислорода с образованием воды или с 35,5 граммами хлора с образованием хлористого водорода : следовательно, можно получить 8 граммов кислорода и 35,5 граммов хлора. принято равным одному грамму водорода для измерения эквивалентного веса. Эта система может быть расширена с помощью различных кислот и оснований.
Гораздо более серьезной была проблема элементов, которые образуют более одного оксида или серии солей, которые имеют (в сегодняшней терминологии) разные степени окисления. Медь вступает в реакцию с кислородом с образованием либо кирпично-красного оксида меди (оксид меди (I), с 63,5 г меди на 8 г кислорода), либо черного оксида меди (оксид меди (II) с 32,7 г меди на 8 г кислорода), и поэтому имеет два эквивалентных веса. Сторонники атомного веса могли бы обратиться к закону Дюлонга – Пети (1819), который связывает атомный вес твердого элемента с его удельной теплоемкостью, чтобы прийти к уникальному и однозначному набор атомных весов. Большинство сторонников эквивалентных весов - а это было подавляющее большинство химиков до 1860 года - просто игнорировали тот неудобный факт, что большинство элементов имеют несколько эквивалентных весов. Вместо этого эти химики составили список того, что принято называть «эквивалентами» (H = 1, O = 8, C = 6, S = 16, Cl = 35,5, Na = 23, Ca = 20 и т. Д.). Однако эти «эквиваленты» девятнадцатого века не были эквивалентами в первоначальном или современном смысле этого слова. Поскольку они представляли собой безразмерные числа, которые для любого данного элемента были уникальными и неизменными, они фактически были просто альтернативным набором атомных весов, в котором элементы с четной валентностью имеют атомные веса, составляющие половину современных значений. Этот факт был признан намного позже.
Последним смертельным ударом для использования эквивалентных весов для элементов была презентация Дмитрием Менделеевым своей периодической таблицы в 1869 году., в котором он связал химические свойства элементов с приблизительным порядком их атомного веса. Однако эквивалентные веса продолжали использоваться для многих соединений еще сто лет, особенно в аналитической химии. Эквивалентные веса обычных реагентов можно было свести в таблицу, что упростило аналитические расчеты в те дни, когда электронные калькуляторы не стали широко доступны: такие таблицы были обычным делом в учебниках аналитической химии.
Использование эквивалентных весов в общей химии в значительной степени заменено использованием молярных масс. Эквивалентные массы могут быть рассчитаны на основе молярных масс, если химический состав вещества хорошо известен:
Исторически эквивалентные веса элементов часто определялись путем изучения их реакций с кислородом. Например, 50 г цинка будет реагировать с кислородом с образованием 62,24 г оксида цинка, что означает, что цинк прореагировал с 12,24 г кислорода (из закона сохранение массы ): эквивалентная масса цинка - это масса, которая будет реагировать с восемью граммами кислорода, следовательно, 50 г × 8 г / 12,24 г = 32,7 г.
В некоторых современных учебниках общей химии об эквивалентных весах не упоминается. Другие объясняют тему, но указывают, что это просто альтернативный метод проведения расчетов с использованием молей.
Бюретка над конической колбой с индикатором фенолфталеин, используемым для кислотно-основное титрование.При выборе первичных стандартов в аналитической химии соединения с более высокими эквивалентными массами обычно более желательны, поскольку ошибки взвешивания уменьшаются. Примером является стандартизация по объему раствора гидроксида натрия, который был приготовлен до примерно 0,1 моль-дм3. Необходимо рассчитать массу твердой кислоты, которая будет реагировать примерно с 20 см этого раствора (для титрования с использованием бюретки 25 см ): подходящие твердые кислоты включают дигидрат щавелевой кислоты, гидрофталат калия и йодат калия. Эквивалентные массы трех кислот 63,04 г, 204,23 г и 389,92 г соответственно, а массы, необходимые для стандартизации, составляют 126,1 мг, 408,5 мг и 779,8 мг соответственно. Учитывая, что погрешность измерения в массе, измеренной на стандартных аналитических весах, составляет ± 0,1 мг, относительная погрешность измерения массы дигидрата щавелевой кислоты составит примерно одну тысячную, аналогично погрешности измерения в измерение объема при титровании. Однако погрешность измерения массы йодата калия будет в пять раз меньше, потому что его эквивалентный вес в пять раз больше: такая погрешность в измеренной массе пренебрежимо мала по сравнению с погрешностью в объеме, измеренном во время титрования (см. Пример ниже).
В качестве примера следует принять, что 22,45 ± 0,03 см раствора гидроксида натрия реагирует с 781,4 ± 0,1 мг иодата калия. Поскольку эквивалентная масса иодата калия составляет 389,92 г, измеренная масса составляет 2,004 миллиэквивалента. Следовательно, концентрация раствора гидроксида натрия составляет 2,004 мэкв / 0,02245 л = 89,3 мэкв / л. В аналитической химии раствор любого вещества, который содержит один эквивалент на литр, известен как нормальный раствор (сокращенно N ), поэтому примерный раствор гидроксида натрия будет 0,0893 Н. относительная погрешность (ur) в измеренной концентрации может быть оценена путем принятия гауссова распределения погрешностей измерения :
Этот раствор гидроксида натрия можно использовать для измерения эквивалентного веса неизвестной кислоты. Например, если для нейтрализации 61,3 ± 0,1 мг неизвестной кислоты требуется 13,20 ± 0,03 см раствора гидроксида натрия, эквивалентная масса кислоты составляет:
Поскольку каждый моль кислоты может высвободить только целое число молей ионов водорода, молярная масса неизвестной кислоты должна быть целым числом, кратным 52,0 ± 0,1 г.
Порошкообразный бис (диметилглиоксимат) никель. Это координационное соединение может использоваться для гравиметрического определения никеля. Термин «эквивалентная масса» имел особое значение в гравиметрическом анализе : это была масса осадка, которая соответствует на один грамм аналита (интересующие виды). Различные определения пришли из практики цитирования гравиметрических результатов как массовых долей аналита, часто выражаемых как процентное содержание. Связанным термином был коэффициент эквивалентности, один грамм, деленный на эквивалентный вес, который представлял собой числовой коэффициент, на который нужно умножить массу осадка, чтобы получить массу аналита.
Например, при гравиметрическом определении никеля молярная масса осадка бис (диметилглиоксимата ) никеля [Ni (dmgH) 2 ] составляет 288,915 (7) г · моль, в то время как молярная масса никеля составляет 58,6934 (2) г · моль: отсюда 288,915 (7) /58,6934 (2) = 4,9224 (1) грамма [Ni (dmgH) 2 ] осадок эквивалентен одному грамму никеля, а коэффициент эквивалентности равен 0,203151 (5). Например, 215,3 ± 0,1 мг осадка [Ni (dmgH) 2 ] эквивалентно (215,3 ± 0,1 мг) × 0,203151 (5) = 43,74 ± 0,2 мг никеля: если исходный размер образца был 5,346 ± 0,001 г, содержание никеля в исходном образце составит 0,8182 ± 0,0004%.
Гравиметрический анализ - один из самых точных из распространенных методов химического анализа, но он требует много времени и усилий. Его в значительной степени вытеснили другие методы, такие как атомно-абсорбционная спектроскопия, в которой масса анализируемого вещества считывается по калибровочной кривой.
Гранулы иона -обменный полимер. В химии полимеров эквивалентная масса реактивного полимера - это масса полимера, который имеет один эквивалент реакционной способности (часто, масса полимера, соответствующая на один моль реактивных групп боковой цепи). Он широко используется для обозначения реакционной способности полиола, изоцианата или эпокси термореактивных смол, которые будут подвергаться сшиванию реакции через эти функциональные группы.
Это особенно важно для ионообменных полимеров (также называемых ионообменными смолами): один эквивалент ионообменного полимера будет обменивать один моль однозарядных ионов, но только половину моль двухзарядных ионов.
Тем не менее, учитывая сокращение использования термина «эквивалентный вес» в остальной химии, стало более обычным выражать реакционную способность полимера как обратную величине эквивалентный вес, то есть в ммоль / г или мэкв / г.
