Химические эквиваленты

[Mrr]

Помогите, пожалуйста, разобраться с вопросами, касающимися химического эквивалента.

 

1) Что это вообще такое? В моём учебнике дано следующее определение: "Химический эквивалент — это реальная или условная частица вещества, которая в данной кислотно-основной реакции эквивалентна одному катиону водорода или в данной окислительно-восстановительной реакции — одному электрону". Оно же давалось и на лекции в университете. Однако встречаются и другие определения. Например: "Эквивалент — безразмерная величина, равная количеству одного вещества, реагирующему в конкретной реакции с произвольным (часто равным 1 моль) количеством другого вещества". На практическом занятии в вузе, которое вёл другой преподаватель, мы записывали это: "Эквивалент — такое количество вещества, которое в химических реакциях по молярной массе соответствует 1 г водорода или 8 г кислорода".

 

2) В чём измеряется молярная масса эквивалента: г/моль, г-экв/моль, г/моль-экв?

 

3) В чём измеряется молярная концентрация эквивалента вещества (нормальная концентрация): моль/л или моль-экв/л?

 

4) Принято ли обозначать молярную массу эквивалента как Э, а эквивалентное число — как f? Дело в том, что в интернете эти величины чаще всего обозначаются как M_э и z соответственно, а нас учат иным обозначениям.

 

5) Допустимо ли называть эквивалентное число эквивалентной частицей? Это мне кажется очень странным, но на том самом практическом занятии мы записали вот что: "1/f — фактор эквивалентности, f — эквивалентная частица".

 

По поводу 2-го и 3-го вопросов. Наиболее часто в интернете мне встречалось измерение в г/моль (молярная масса эквивалента) и моль/л (нормальная концентрация), но иногда присутствует приписка "экв". Откуда она берётся? Если, к примеру, попробовать найти размерность молярной массы эквивалента, то получим: [М_э] = [f_э] * [M_в-ва] = г/моль (потому что фактор эквивалентности безразмерен, а молярная масса вещества выражается в г/моль). Выходит, написание "экв" является своего рода условностью, показывающей, что речь идёт именно об эквиваленте?

[cty]

https://old.iupac.org/publications/analytical_compendium/Cha06sec3.pdf

https://goldbook.iupac.org/terms/view/E02192

 

В 08.10.2023 в 18:00, Mrr сказал:

Что это вообще такое?

Частица (реальная или условная). Без вариантов. Все остальное от лукавого.

В 08.10.2023 в 18:00, Mrr сказал:

В чём измеряется молярная масса эквивалента: г/моль, г-экв/моль, г/моль-экв?

В г/моль, как и любая другая молярная масса. Другие обозначения размерности встречаются в литературе, но не рекомендованы ИЮПАК.

В 08.10.2023 в 18:00, Mrr сказал:

В чём измеряется молярная концентрация эквивалента вещества (нормальная концентрация): моль/л или моль-экв/л?

В моль/л, как и любая иная молярная концентрация. Величина типа "1 моль-экв/л" встречается в литературе и обозначает лишь "концентрация эквивалентов равна 1 моль/л". В рекомендациях ИЮПАК нет такой размерности. Она используется, чтоб было понятно, что речь про эквиваленты, но этой понятности можно добиться и без обозначения "моль-экв".

В 08.10.2023 в 18:00, Mrr сказал:

Принято ли обозначать молярную массу эквивалента как Э, а эквивалентное число — как f? Дело в том, что в интернете эти величины чаще всего обозначаются как M_э и z соответственно, а нас учат иным обозначениям.

Общепринятого обозначения нет. Главное, чтобы было понятно, о чем речь. Обычно физики и химики физические и химические величины таки обозначают латинскими буквами, но фармацевтам и прочим экологам можно русскими буквами. Молярную массу таки обычно обозначают латинской буковой M, а для фактора эквивалентности таки обычно используют букву f.

z - заряд иона.

В 08.10.2023 в 18:00, Mrr сказал:

Допустимо ли называть эквивалентное число эквивалентной частицей?

Нет, недопустимо. Число - это число, частица - это частица.

Изменено 8 Октября, 2023 в 16:39 пользователем cty

[yatcheh]

08.10.2023 в 18:00, Mrr сказал:

"Эквивалент — такое количество вещества, которое в химических реакциях по молярной массе соответствует 1 г водорода или 8 г кислорода".

 

Это не определение эквивалента, а мнемоническое правило, полезное в практических расчётах. Тем более, что в этой формулировке оно не точное, поскольку относительные атомные массы основываются на углеродной шкале.

[cty]

В 08.10.2023 в 20:11, yatcheh сказал:

В 08.10.2023 в 18:00, Mrr сказал:

"Эквивалент — такое количество вещества, которое в химических реакциях по молярной массе соответствует 1 г водорода или 8 г кислорода".

Это не определение эквивалента, а мнемоническое правило, полезное в практических расчётах.

Это бред сивой кобылы. "Количество вещества", "по молярной массе", "1 г", "8 г". От таких вырвиглазных определений, когда сравнивают теплое с мягким ("количество вещества" с "молярной массой" и с "массой"; или путают "число", "частицу", "количество вещества"), студенты и не понимают смысла эквивалентов.

Изменено 8 Октября, 2023 в 17:22 пользователем cty

[Shizuma Eiku]

1 Определения верные.

Эквивалент это пропорция для количества вещества в случае участия его в определенной реакции. Например, в случае HCl+NaOH->NaCl+H₂O оба вещества взаимодействуют в пропорции 1 моль к 1 молю, однако, а что будет в случае реакции серной кислоты и щелочи, H₂SO₄+2NaOH->Na₂SO₄+2H₂O? Мы видим что 2 моля щелочи взаимодействуют 1 молем серной кислоты, поэтому эквивалентом серной кислоты в кислотно-основном взаимодействии будет число ее моль умноженное на 2 т.к. 1 моль серной кислоты при диссоциации дает 2 моля ионов водорода. При такой формулировке взаимодействие серной кислоты и NaOH пройдет 1 эквивалент к 1 эквиваленту, но 1 моль серной кислоты к 2 молям щелочи. Это также использует в случае окислительно-восстановительных реакций, например, в перманганате марганец семивалентный, если в результате ОВР он понижает валентность до 2, то ему нужно будет присоединить 5 электронов, следовательно, эквивалентом перманганата в такой ОВР будет число моль перманганата умноженное на 5 т.к. 1 моль перманганата примет 5 моль электронов. Например, 2KMnO₄+10KI+8H₂SO₄=2MnSO₄+6K₂SO₄+5I₂+8H₂O - поскольку для окисления иодид должен отдать 1 электрон, на каждый моль перманганата будет нужно 5 моль иодидов, в эквивалентностях-же это будет 1 эквивалент*М перманганата к 1 эквивалент*М иодида. В молях та-же самая реакция имеет пропорцию компонентов 1М перманганата к 5М иодида.

Эквиваленты с конца 19-го века используются в аналитической химии в реакциях кислотно-основного и окислительно-восстановительного титрования. Нужно отметить, что кислотно-основные и окислительно-восстановительные эквиваленты одного и того-же вещества не обязательно одинаковые т.к. речь идет о разных реакция. Например, иодид может быть окислен азотной кислотой в иод 2HNO₃+6KI+3H₂SO₄=3I₂+2NO+4H₂O+3K₂SO₄, в этой реакции пятивалентный азот присоединяет 3 электрона, превращаясь в двухвалентный, поэтому окислительно-восстановительный эквивалент азотной кислоты равен 3. В случае кислотно-основного взаимодействия азотной кислоты, например, HNO₃+KOH=KNO₃+H₂O кислотно-основной эквивалент азотной кислоты уже равен 1 т.к. 1 ее моль при диссоциации дает 1 моль ионов водорода, взаимодействует соответственно с 1 молем КОН. Но такие случаи редкие т.к. мало какие вещества применяются одновременно в обоих видах титрования.

2 Поскольку сам эквивалент это просто коэффициент перед молями, он не может иметь размерности сам по себе, а размерность остается от той концентрации, из которой он был вычислен. Например, раствор серной кислоты с концентрацией 1 моль/литр будет в кислотно-основном титровании иметь эквивалентность эквивалент*моль/литр или 2 экв*моль/л. Некоторым исключением является выражение молярной концентрации эквивалента в нормальности, N, по аналогии с молярностью М, для нее есть своя буква. Например, 1М раствор H₂SO₄ соответствует 2*1=2N раствору H₂SO₄. Для восстановления перманганата до двухвалентного марганца (Mn⁷⁺+5e^-->Mn²⁺), например, 0.01М KMnO₄ равен 0.05N KMnO₄.

В случае весовых эквивалентов нужно помнить, что эквивалент относится к молям, а не к массе. Поэтому для серной кислоты с молярной массой 98 г/моль молярная масса её эквивалента в кислотно-основном взаимодействии будет 98 г/2*моль т.е. 49 г/моль эквивалента, а не 2*98=196 г/моль.

3 экв*моль/литр (моль-экв/литр, экв-моль/л и т.д.), либо моль/литр эквивалентов. Понимаю, что такая перестановка слов кажется странной, но так и есть - просто в моль/литр выражается молярная концентрация, в моль/литр эквивалентов может быть выражена нормальная концентрация, или сокращенно экв*моль/литр.

4 Нет, Э курсивом не используется широко, может в какой-то учебной литературе по общей химии. На практике используется только нормальность, N. Курсивная z может использоваться в электрохимических задачах и расчетах для выражения числа принятых или отданных электронов в окислительно-восстановительных реакциях, в остальном она применяется редко.

5 Нет. Можно назвать эквивалентом частиц, участвующих в той или иной реакции.

Дописка экв относится к каждому конкретному случаю. Там может идти речь о молярной массе эквивалента и тогда экв добавлять не нужно т.к. он и так уже имеется.

Изменено 8 Октября, 2023 в 17:35 пользователем Shizuma Eiku