ЕКВІВАЛЕНТУ МАГНІЮ

Стехіометричні закони визначають кількісні співвідношення реагуючих речовин і базуються на атомно-молекулярному вченні. Однак більшість твердих неорганічних сполук не мають молекулярної структури. В їх кристалічних гратках неможливо відокремити молекули, тому формою існування таких хімічних сполук є фаза. Фазою називається сукупність частин системи, однакових за складом і властивостями і відокремлених від інших частин поверхнею розділу. До таких структур відносяться іонні, металічні й атомні гратки. Це треба враховувати при формулюванні стехіометричних законів.

Закон сталості складу. Склад молекулярної сполуки не залежить від способу її одержання. При відсутності молекулярної структури в даному агрегатному стані склад сполуки залежить від умов добування.

Наприклад, склад амоніаку не залежить від способу одержання (NH₄Cl ® NH₃ + HCl; 3H₂ + N₂ ® 2NH₃), а склад ферум (ІІ) оксиду – залежить, і його можна виразити формулою Fe_1-хО, де х = 0,1 – 0,2.

Закон кратних відношень. Якщо два елементи утворюють між собою декілька молекулярних сполук, то масові кількості одного елемента, які припадають на одну й ту ж масову кількість другого елемента, відносяться між собою як невеликі цілі числа. Наприклад, для кисневмісних сполук Карбону СО₂ та СО співвідношення кількостей кисню дорівнює 2:1. Для сполук, які не мають молекулярної структури, у загальному випадку ці кількості можуть відноситися між собою як дробові числа. Наприклад, відношення масових долей Оксигену, які припадають на одну масову долю Титану в оксидах титану ТіО_0,58-1,33, ТіО_1,46‑1,56, ТіО_1,9-2,0, є дробовими числами.

Закон еквівалентів. Молекулярні сполуки реагують у кількостях, пропорційних їх еквівалентам. При відсутності молекулярної структури у даному агрегатному стані їх кількості можуть відхилятися від хімічних еквівалентів.

Хімічним еквівалентом (еквівалентом) речовини (Е) називають таку її кількість, яка поєднується з одним молем атомів Гідрогену, або заміщує таку ж кількість атомів Гідрогену у хімічних реакціях. Розмірність еквівалента – моль. Наприклад, Е(О) = 0,5 моля, оскільки Оксиген у бінарній сполуці Н₂О поєднується з двома молями атомів Гідрогену.

Молярною масою еквівалента речовини (М_Е) називається маса одного еквівалента речовини. Розмірність еквівалентної маси – г/моль. Наприклад, М_Е(О) = 8 г/моль.

Для молекулярних сполук закон еквівалентів виражається співвідношенням

де m₁ i m₂ – маси реагуючих речовин, МЕ₁ і МЕ₂– їх еквівалентні маси, Е₁ та Е₂ − еквіваленти речовин, ν₁, ν₂ − кількості їх молей.

Приклад 1. Визначити еквівалент і еквівалентну масу Сульфуру в Н₂S.

Розв’язання:

1. Е(S) - ?, М_Е (S) - ?

У дигідроген сульфіді H₂S 2 моля атомів Гідрогену сполучаються з 1 молем атомів Сульфуру або 1 моль атомів Гідрогену сполучається з 0,5 моля атомів Сульфуру. Згідно з визначенням, еквівалент Сульфуру Е(S) дорівнює 0,5 моля, а еквівалентна маса М_Е(S) = 0,5 ^.32 = 16 г/моль.

Відповідь: Е(S) – 0,5 моля, М_Е(S) – 16 г/моль.

Еквівалент і еквівалентну масу елемента можна визначити за складом його сполуки з іншим елементом, еквівалент якого відомий.

Приклад 2. При згорянні 5 г металу утворюється 9,44 г оксиду металу. Визначити еквівалентну масу металу.

Розв’язання:

1. m(O) у оксиді - ?

m(O) = m(окс) – m(Ме) = 9,44 – 5,0 = 4,44 (г)

2. М_Е(Ме) – ?

Еквівалентна маса Оксигену дорівнює 8 г/моль. Згідно з законом еквівалентів складемо рівняння:

Відповідь: молярна маса еквівалента металу дорівнює 9,01 г/моль.

Для розрахунків еквівалентів та молярних мас еквівалентів складних речовин можна використати наступні співвідношення:

Е(реч) = 1/f, моль, М_Е (реч) = М(реч)/f, г/моль, де f − фактор еквівалентності

а) М_Е (кисл) = М(кисл)/f. У цьому випадку f дорівнює кількості іонів Н⁺, що обмінюються.

В реакції H₂SO₄ + NaOH ® NaHSO₄ + H₂O еквівалент H₂SO₄ дорівнює одному молю, а еквівалентна маса М_Е (H₂SO₄) = 98 г/моль.

б) М_Е(осн) = М(осн)/f, де f дорівнює кількості іонів ОН⁻, що обмінюються.

В реакції Al(OH)₃ + H₂SO₄ ® Al(OH)SO₄ + 2H₂O еквівалент Al(OH)₃ дорівнює 0,5 моля, а М_Е(Аl(ОН)₃) = 39 г/моль.

в) М_Е (солі) = М(солі)/f, де f = n∙m, де n – кількість катіонів, що обмінюються, m – їх валентність.

В реакції NaH₂PO₄ + 2NaOH ® Na₃PO₄ + 2H₂O еквівалент NaH₂PO₄ дорівнює 0,5 моля, а М_Е (NaH₂PO₄) = 60 г/моль.

г) М_Е (оксиду) = М(окс)/f, де f = n∙m, де n – число атомів другого елемента (не Оксигену), m – його валентність.

Еквівалент Аl₂О₃ = М(Аl₂О₃)/ 2^.3 = 1/6 моль, а М_Е (Аl₂О₃) = 17 г/моль.

е) Еквівалентна маса елемента у сполуках визначається з співвідношення М_Е(ел) = А/f, де А – атомна маса елемента, f = n – його валентність у сполуці. Наприклад, М_Е(О) = 16/2 = 8 г/моль.

ж) Еквівалентна маса сполуки складається з еквівалентних мас складових.

Наприклад, M_Е(MgSO₄) = M_E(Mg²⁺) + M_E(SO₄^2-) = 12 + 49 = 61 (г/моль).

Наведені приклади показують, що еквівалент речовини залежить від реакції, в якій вона бере участь.

В деяких випадках корисно користуватися значенням еквівалентного об¢єму, тобто об’єму, який займає за даних умов 1 еквівалент газової речовини. V_Е (реч) = V_M(реч)/f

Так, еквівалентний об’єм водню за н.у. V_E(H₂) дорівнює 11,2 л/моль (тому що 1 моль атомів Н складає 0,5 моля Н₂, а 1 моль Н₂ займає об’єм 22,4 л за н.у.), кисню - 5,6 л/моль.

Приклад 3. Визначити атомну масу двовалентного металу, якщо 8,34 г металу окиснюються 0,68 л кисню (н.у.).

Розв’язання:

МЕ(Ме) - ?

Знаходимо МЕ(Ме) з співвідношення:

2. А (Ме) - ?

М_E(ел) = A/n, A = М_E (ел)^. n = 68,8 ^. 2 = 137,6 г/моль.

Відповідь: атомна маса металу дорівнює 137,6 г/моль.

Питання і задачі

1. Сформулюйте стехіометричні закони. Вкажіть відхилення від них.

2. Що називається еквівалентом? Що таке еквівалентна маса?

3. Чому дорівнюють еквіваленти елементів Гідрогену і Оксигену? Який об`єм займає один еквівалент простих речовин водню і кисню?

4. Сформулюйте закон еквівалентів. Дайте його математичний вираз.

5. Як можна розрахувати еквівалентну масу оксиду? Кислоти? Основи? Солі? Елемента?

6. Визначте еквівалентну масу Н₃РО₄ і Сu(ОН)₂ в таких реакціях:

a) H₃PO₄ + 3KOH ® K₃PO₄ + 3H₂O;

б) H₃PO₄ + 2KOH ® K₂HPO₄ + 2H₂O;

в) Cu(OH)₂ + 2HCl ® CuCl₂ + 2H₂O;

г) Cu(OH)₂ + HCl ® CuОНCl + H₂O.

7. Визначте еквівалентну масу сполук: CuSO₄^.5H₂O, CrCl₃, Cr₂(SO₄)₃, KAl(SO₄)₂, Na₂SO₄^.7H₂O, Na₂HPO₄^.12H₂O.

8. Визначте еквівалентну масу металів у сполуках: CuSO₄^.5H₂O, Cr₂O₃, KCr(SO₄)₂, Ni(OH)₂, K₂CO₃, Mg₃(PO₄)₂.

9. Знайти еквівалентну й атомну масу двовалентного металу, якщо 0,53 г його витіснять з кислоти 520 мл при 16 °С загальному тиску газової суміші (Н₂ + Н₂О) 99700 Па (748 мм рт. ст.). Тиск насиченої водяної пари 1800 Па (13,5 мм рт. ст.).

10. Знайти еквівалентну масу металу, якщо при взаємодії 7,2 г його з хлором було отримано 28,3 г солі. Еквівалентна маса хлору 35,5 г/моль.

11. Скільки літрів водню (н.у.) необхідно на відновлення 56 г оксиду металу, який має 71,43 % металу? Чому дорівнює еквівалентна маса металу?