EKVIVALENTNÍ HMOTNOST: POUŽITÍ A ZPŮSOB VÝPOČTU (S PŘÍKLADY) - CHEMIE - 2025

Ekvivalentní hmotnost (PE) látky je takové, které se účastní chemické reakce, a používá se jako základ pro titraci. V závislosti na typu reakce může být definována tak či onak.

Pro reakce na bázi kyselin je PE hmotnost v gramech látky potřebné k dodání nebo reakci s jedním molem H ⁺ (1,008 g); v případě oxidačně redukčních reakcí hmotnost látky v gramech, která je nutná pro dodávání nebo reakci s jedním molem elektronů.

Zdroj: M.Minderhoud (Bílé pozadí Amada44), prostřednictvím Wikimedia Commons

Pro srážení nebo komplexaci reakcí hmotnost látky potřebná k dodání nebo reakci s jedním molem jednomocného kationtu, 1/2 molem dvojmocného kationtu, 1/3 molem trojmocného kationtu. A tak dále.

Ačkoli se to může zpočátku zdát trochu komplikované, některé látky se vždy chovají chemicky stejným způsobem; proto není těžké se naučit hodnoty PE vzhledem k případům.

Původ ekvivalentní hmotnosti

John Dalton (1808) navrhl ekvivalentní hmotnost vodíku jako jednotku hmotnosti. K tomuto přístupu však vyvstalo několik námitek. Například bylo zaznamenáno, že většina prvků nereaguje přímo s vodíkem za vzniku jednoduchých sloučenin (XH).

Kromě toho prvky s různými oxidačními stavy, například manganistan, mají více než jednu ekvivalentní hmotnost. Proto bylo obtížné přijmout ekvivalentní hmotnost jako jednotku hmotnosti.

Prezentace Dimitriho Mendeleeva (1869) jeho periodické tabulky, ve které chemické vlastnosti prvků souvisely s uspořádaným uspořádáním jejich atomových hmotností, představovaly silný argument těch, kteří namítali použití ekvivalentní hmotnosti jako jednotky Hmotnost.

Ve skutečnosti není nutné používat termín „ekvivalentní“, protože jakýkoli stechiometrický výpočet lze provést v molech. Tento termín se však často používá a neměl by být ignorován.

Pro usnadnění byl zaveden termín "ekvivalent": ekvivalent jakékoli kyseliny reaguje s ekvivalentem jakékoli báze; jeden ekvivalent jakéhokoli oxidačního činidla reaguje s jedním ekvivalentem jakéhokoli redukčního činidla atd.

Aplikace

Použití v obecné chemii

Kovy

Použití PE v prvcích a chemických sloučeninách bylo nahrazeno použitím jeho molární hmotnosti. Hlavním důvodem je existence prvků a sloučenin s více než ekvivalentní hmotností.

Například železo (Fe), prvek s atomovou hmotností 55,85 g / mol, má dvě valence: +2 a +3. Má tedy dvě ekvivalentní hmotnosti: když pracuje s valencí +2, jeho ekvivalentní hmotnost je 27,93 g / ekv; zatímco při použití valence +3 je jeho ekvivalentní hmotnost 18,67 g / ekv.

Samozřejmě nelze hovořit o existenci ekvivalentní hmotnosti Fe, ale lze zdůraznit existenci atomové hmotnosti Fe.

Kyseliny

Kyselina fosforečná má molekulovou hmotnost 98 g / mol. Když se tato kyselina se odloučí do H ⁺ + H ₂ PO ₄ ^-, má ekvivalentní hmotnost 98 g / ekv, protože se uvolní 1 mol H ⁺. Pokud se kyselina fosforečná disociuje na H ⁺ + HPO ₄ ^2–, její ekvivalentní hmotnost je (98 g.mol ^-1) / (2 ekv. / Mol ^-1) = 49 g / ekv. V této disociace, H ₃ PO ₄ vydání 2 mol H ⁺.

Ačkoli to není titrovatelných ve vodném prostředí, H ₃ PO ₄ mohou oddělit do 3 H ⁺ + PO ₄ ^3-. V tomto případě je ekvivalentní hmotnost (98 g.mol ^-1) / (3 ekv. Mol ^-1) = 32,7 g / ekv. H ₃ PO ₄ přináší v tomto případě 3 molů H ⁺.

Kyselina fosforečná má tedy až 3 ekvivalentní hmotnosti. To však není ojedinělý případ, takže například kyselina sírová má dvě ekvivalentní hmotnosti a také kyselina uhličitá.

Použití v objemové analýze

- Pro snížení chyb, ke kterým může dojít během působení vážících látek, se v analytické chemii upřednostňuje použití látky s vyšší ekvivalentní hmotností. Například při titraci roztoku hydroxidu sodného kyselinami různých ekvivalentních hmotností. Doporučuje se použití kyseliny s nejvyšší ekvivalentní hmotností.

- Při použití hmoty pevné kyseliny, která může reagovat s hydroxidem sodným, máte možnost volby mezi třemi pevnými kyselinami: dihydrát kyseliny šťavelové, ftalát kyseliny draselné a hydrogenuhličitan draselný, s ekvivalentními hmotnostmi 63,04 g / ekv., 204,22 g / ekv. a 389 g / ekv.

V tomto případě je při titraci hydroxidu sodného výhodné použít kyselinu hydrogenuhličitan draselný, protože protože má větší ekvivalentní hmotnost, relativní chyba při vážení je menší.

Použití v gravimetrické analýze

Ekvivalentní hmotnost je v této technice analýzy látek definována vlastním způsobem. Zde je to hmotnost sraženiny, která odpovídá jednomu gramu analytu. Toto je prvek nebo sloučenina, která je předmětem zájmu ve studii nebo analýze, která se provádí.

V gravimetrii je běžné citovat výsledky analýz jako zlomek hmotnosti analytu, často vyjádřený v procentech.

Faktor ekvivalence je vysvětlen jako numerický faktor, kterým musí být hmotnost sraženiny vynásobena, aby se získala hmotnost analytu, obvykle vyjádřená v gramech.

Gravimetrické stanovení niklu

Například při gravimetrickém stanovení niklu je sraženina, která jej obsahuje, bis (dimethyl-glykoximát niklu) s molární hmotností 288,915 g / mol. Molární hmotnost niklu je 58,6934 g / mol.

Molární hmotnost sraženiny dělená molární hmotou niklu vede k následujícímu výsledku:

288,915 g.mol ^-1 / 58,6934 g.mol ^-1 = 4,99224. To znamená, že 4,99224 g sloučeniny se rovná 1 g niklu; Nebo jinými slovy 4,99224 g sraženiny obsahuje 1 g niklu.

Faktor ekvivalence se vypočte vydělením molární hmotnosti niklu molární hmotností sraženiny, která jej obsahuje: 58,693 g.mol ^-1 / 288,915 g.mol ^-1 = 0,203151. To nám říká, že na gram sraženiny obsahující nikl je 0,203151 g niklu.

Použití v chemii polymerů

V polymerové chemii je ekvivalentní hmotností polymerizačního činidla hmotnost polymeru, který má jeden ekvivalent reaktivity.

To je zvláště důležité v případě iontoměničových polymerů: jeden ekvivalent iontoměničového polymeru může vyměnit jeden mol mono-nabitých iontů; ale jen půl krtů dvojnásobně nabitých iontů.

Obvykle je reaktivita polymeru vyjádřena jako inverzní hodnota ekvivalentní hmotnosti, která je vyjádřena v jednotkách mmol / g nebo meq / g.

Jak to spočítat? Příklady

- Ekvivalentní hmotnost chemického prvku

Získává se dělením atomové hmotnosti jeho valencí:

Peq = Pa / v

Existují položky, které mají pouze jednu ekvivalentní hmotnost, a položky, které mohou mít 2 nebo více.

Ekvivalentní hmotnost vápníku

Atomová hmotnost = 40 g / mol

Valencia = +2

Peq = 40 g.mol ^{-1 / 2} ekv. Mol ^-1

20 g / ekv

Ekvivalentní hmotnost hliníku

Atomová hmotnost = 27 g / mol

Valencia = +3

Peq = 27 g.mol ^-1 / 3 ekv. Mol ^-1

9 g / ekv

Hmotnost ekvivalentní niklu

Atomová hmotnost = 58,71 g / mol

Valencia = +2 a +3

Nikl má dvě ekvivalentní hmotnosti odpovídající tomu, kdy reaguje s valencí +2 a když reaguje s valencí +3.

Peq = 58,71 g.mol ^-1 / 2 ekv. Mol ^-1

29,35 g / ekv

Peq = 58,71 g.mol ^-1 / 3 ekv. Mol ^-1

19,57 g / ekv

- Ekvivalentní hmotnost oxidu

Jedním způsobem, jak vypočítat ekvivalentní hmotnost oxidu, je dělení jeho molekulové hmotnosti valenčním produktem kovu a indexem kovu.

Peq = Pm / VS

Pm = molekulová hmotnost oxidu.

V = valence kovu

S = dolní index kovu

Produkt V · S se označuje jako celkový nebo čistý náboj kationtu.

Ekvivalentní hmotnost oxidu hlinitého (Al

Molekulová hmotnost = Al (2 x 27 g / mol) + O (3 x 16 g / mol)

102 g / mol

Valencia = +3

Dolní index = 2

Peq Al ₂ O ₃ = Pm / V S

Peq Al ₂ O ₃ = 102 g.mol ^-1 / 3 eqmol ^-1. dva

17 g / ekv

Existuje jiný způsob, jak tento problém vyřešit na základě stechiometrie. Ve 102 g oxidu hlinitého je 54 gramů hliníku a 48 gramů kyslíku.

Peq del Al = atomová hmotnost / Valencie

27 g.mol ^-1 / 3 ekv. Mol ^-1

9 g / ekv

Na základě ekvivalentní hmotnosti hliníku (9 g / ekv.) Se vypočítá, že v 54 g hliníku je 6 ekvivalentů hliníku.

Potom z vlastností ekvivalentů: 6 ekvivalentů hliníku bude reagovat s 6 ekvivalenty kyslíku za vzniku 6 ekvivalentů oxidu hlinitého.

Ve 102 g. oxidu hlinitého existuje 6 ekvivalentů.

Tím pádem:

Malé Al ₂ O ₃ = 102 g / 6 ekv

17 g / ekv

- Ekvivalentní hmotnost báze

Ekvivalentní hmotnost se získá dělením jeho molekulové hmotnosti počtem oxyhydrylových skupin (OH).

Ekvivalentní hmotnost hydroxidu železitého, Fe (OH)

Molekulová hmotnost = 90 g / mol

OH číslo = 2

Peq Fe (OH) ₂ = 90 g.mol ^-1 / 2 eq.mol ^-1

45 g / ekv

- Ekvivalentní hmotnost kyseliny

Obecně se získává dělením jeho molekulové hmotnosti počtem vodíku, který se vzdává nebo uvolňuje. Polyrotonové kyseliny však mohou disociovat nebo uvolňovat H různými způsoby, takže mohou mít více než jednu ekvivalentní hmotnost.

Ekvivalentní hmotnost kyseliny chlorovodíkové, HCl

HCI ekvivalentní hmotnost = molekulová hmotnost / počet vodíku

Peq HCI = g.mol ^-1 / 1 ekv. Mol. ^-1

36,5 g / ekv

Ekvivalentní hmotnost kyseliny sírové

Kyseliny sírové (H ₂ SO ₄) se může oddělit dvěma způsoby:

H ₂ SO ₄ => H ⁺ + HSO ₄ ^-

H ₂ SO ₄ => 2 H ⁺ + SO ₄ ^2-

Když uvolní H ^+, jeho PE je:

Molekulová hmotnost = 98 g / mol

Peq = 98 g.mol ^-1 / 1 ekv. Mol ^-1

98 g / malý

A když uvolníte 2H ⁺:

Molekulová hmotnost = 98 g / mol

Peq = 98 g.mol ^-1 / 2 eq.mol ^-1

49 g / ekv

Ze stejného důvodu, kyseliny fosforečné (H ₃ PO ₄) s molekulovou hmotností 98 g / mol, mohou mít až tři ekvivalentní hmotností 98 g / ekv, 49 g / ekv a 32,67 g / ekv.

- Ekvivalentní hmotnost soli

A konečně, ekvivalentní hmotnost soli může být vypočtena vydělením její molekulové hmotnosti součinem valence kovu a indexu kovu.

PE = PM / V S

Síran železitý Fe

Molekulová hmotnost = 400 g / mol

Valence železa = +3 ekv. / Mol

Dolní index železa = 2

Peq = 400 g.mol ^-1 / 3 ekv. Mol ^-1 x 2

66,67 g / ekv

Reference

1. Den, RA JR. A Underwood, AL Kvantitativní analytická chemie. Překlad z 5. ^do anglického vydání. Redakční Prentice Hall Interamericana
2. Anorganická chemie. (sf). Stanovení ekvivalentních hmotností oxidů. Obnoveno z: fullquimica.com
3. Wikipedia. (2018). Ekvivalentní hmotnost. Obnoveno z: en.wikipedia.org
4. Editors of Encyclopaedia Britannica. (2016, 26. září). Ekvivalentní hmotnost. Encyclopædia Britannica. Obnoveno z: britannica.com
5. Ori, Jacku. (30. dubna 2018). Jak vypočítat ekvivalentní hmotnost. Sciencing. Obnoveno z: sciencing.com
6. Ekvivalentní hmotnost kyseliny Část 2: Titrace vzorku neznámé kyseliny. (sf). Obnoveno z: fakulty.uml.edu
7. Bergstresser M. (2018). Ekvivalentní váha: definice a vzorec. Studie. Obnoveno z: study.com