RÓWNOWAŻNA WAGA: ZASTOSOWANIA I SPOSÓB JEJ OBLICZENIA (Z PRZYKŁADAMI) - CHEMIA - 2026

Ciężar równoważnikowy (PE) substancji jest ta, która bierze udział w reakcji chemicznej, i służy jako podstawa do miareczkowania. W zależności od rodzaju reakcji można ją zdefiniować w taki czy inny sposób.

W przypadku reakcji kwasowo-zasadowych PE to waga w gramach substancji potrzebna do dostarczenia lub przereagowania z jednym molem H ⁺ (1,008 g); w przypadku reakcji redoks - waga w gramach substancji potrzebna do dostarczenia lub reakcji z jednym molem elektronów.

Źródło: M.Minderhoud (White Background by Amada44), za Wikimedia Commons

W przypadku reakcji wytrącania lub kompleksowania masa substancji wymagana do dostarczenia lub przereagowania z jednym molem jednowartościowego kationu, 1/2 mola dwuwartościowego kationu, 1/3 mola trójwartościowego kationu . I tak dalej.

Chociaż na początku może się to wydawać nieco skomplikowane, niektóre substancje zawsze zachowują się chemicznie w ten sam sposób; dlatego nie jest trudno poznać wartości PE w danych przypadkach.

Pochodzenie równoważnej wagi

John Dalton (1808) zaproponował równoważnik masy wodoru jako jednostkę masy. Pojawiło się jednak wiele zastrzeżeń do tego podejścia. Na przykład zauważono, że większość pierwiastków nie reagowała bezpośrednio z wodorem, tworząc proste związki (XH).

Ponadto pierwiastki o różnych stopniach utlenienia, na przykład nadmanganian, mają więcej niż jeden ciężar równoważny. Utrudniało to przyjęcie równoważnej wagi jako jednostki masy.

Przedstawienie przez Dimitri Mendelejewa (1869) jego układu okresowego, w którym właściwości chemiczne pierwiastków były powiązane z uporządkowanym porządkiem ich mas atomowych, stanowiło mocny argument tych, którzy sprzeciwiali się zastosowaniu wagi równoważnej jako jednostki masa.

W rzeczywistości nie ma potrzeby używania terminu „równoważnik”, ponieważ wszelkie obliczenia stechiometryczne można przeprowadzić w odniesieniu do moli. Jednak termin ten jest często używany i nie należy go ignorować.

Dla wygody wprowadzono termin „równoważnik”: odpowiednik dowolnego kwasu reaguje z równoważnikiem dowolnej zasady; jeden równoważnik dowolnego środka utleniającego reaguje z jednym równoważnikiem dowolnego środka redukującego itp.

Aplikacje

Zastosowanie w chemii ogólnej

Metale

Stosowanie PE w pierwiastkach i związkach chemicznych zostało zastąpione wykorzystaniem jego masy molowej. Głównym powodem jest istnienie pierwiastków i związków o masie większej niż równoważna.

Na przykład żelazo (Fe), pierwiastek o masie atomowej 55,85 g / mol, ma dwie wartościowości: +2 i +3. Dlatego ma dwie równoważne wagi: gdy działa z wartościowością +2, jego równoważna waga wynosi 27,93 g / eq; podczas gdy używając wartościowości +3, jej ciężar równoważny wynosi 18,67 g / eq.

Oczywiście nie można mówić o istnieniu równoważnej masy Fe, ale można wskazać na istnienie masy atomowej Fe.

Kwasy

Kwas fosforowy ma masę cząsteczkową 98 g / mol. Kiedy ten kwas dysocjuje do H ⁺ + H ₂ PO ₄ ^- , ma równoważną masę 98 g / równ., Ponieważ uwalnia 1 mol H ⁺ . Jeśli dysocjuje kwasu fosforowego język H ⁺ + HPO ₄ ^2- , jego ciężar równoważnikowy (98 g.mol ^-1 ) / (2 równoważniki / mol ^-1 ) = 49 g / równoważnik. W tej dysocjacji H ₃ PO ₄ uwalnia 2 mole H ⁺ .

Chociaż nie można go miareczkować w środowisku wodnym, H ₃ PO ₄ może dysocjować do 3 H ⁺ + PO ₄ ^3– . W tym przypadku ciężar równoważnikowy (98 g.mol ^-1 ) / (3 eq.mol ^-1 ) = 32,7 g / równoważnik. H ₃ PO ₄ dostarcza w tym przypadku 3 mole H ⁺ .

Tak więc kwas fosforowy ma do 3 równoważnych wag. Ale to nie jest odosobniony przypadek, więc na przykład kwas siarkowy ma dwie równoważne masy, a kwas węglowy również.

Zastosowanie w analizie wolumetrycznej

-Aby zmniejszyć błędy, które mogą wystąpić podczas ważenia substancji, w chemii analitycznej preferowane jest stosowanie substancji o większej masie równoważnej. Na przykład podczas miareczkowania roztworu wodorotlenku sodu kwasami o różnych masach równoważnikowych. Zalecane jest użycie kwasu o najwyższej masie równoważnej.

-Przy użyciu masy stałego kwasu, który może reagować z wodorotlenkiem sodu, masz możliwość wyboru między trzema stałymi kwasami: dwuwodzianem kwasu szczawiowego, ftalanem potasu i wodoreniodanem potasu, o równoważnych masach odpowiednio 63,04 g / eq, 204,22 g / eq i 389 g / eq.

W tym przypadku do miareczkowania wodorotlenku sodu zaleca się stosowanie kwasu hydrogeniodanowego potasu, ponieważ ma on większą masę równoważnikową, przez co względny błąd przy ważeniu jest mniejszy.

Zastosowanie w analizie grawimetrycznej

W tej technice analizy substancji równoważna waga jest definiowana na swój sposób. Tutaj jest to masa osadu, która odpowiada jednemu gramowi analitu. Jest to element lub związek będący przedmiotem zainteresowania w przeprowadzanym badaniu lub analizie.

W grawimetrii często podaje się wyniki analiz jako ułamek masy analitu, często wyrażany w procentach.

Współczynnik równoważności jest wyjaśniony jako współczynnik liczbowy, przez który należy pomnożyć masę osadu, aby otrzymać masę analitu, zwykle wyrażoną w gramach.

Wagowe oznaczanie niklu

Na przykład podczas grawimetrycznego oznaczania niklu osad, który go zawiera, jest bis (dimetyloglioksymatem niklu) o masie molowej 288,915 g / mol. Masa molowa niklu wynosi 58,6934 g / mol.

Masa molowa osadu podzielona przez masę molową niklu daje następujący wynik:

288,915 g mol- ¹ / 58,6934 g mol- ¹ = 4,9224. Oznacza to, że 4,9224 g związku to 1 g niklu; Innymi słowy, 4,9224 g osadu zawiera 1 g niklu.

Współczynnik równoważności oblicza się, dzieląc masę molową niklu przez masę molową osadu, który go zawiera: 58,693 g, mol ^-1 / 288,915 g, mol ^-1 = 0,203151. To mówi nam, że na gram osadu zawierającego nikiel jest 0,203151 g niklu.

Zastosowania w chemii polimerów

W chemii polimerów równoważnik masy odczynnika polimeryzacyjnego to masa polimeru, który ma jeden równoważnik reaktywności.

Jest to szczególnie ważne w przypadku polimerów jonowymiennych: jeden równoważnik polimeru jonowymiennego może wymienić jeden mol jonów z jednym ładunkiem; ale tylko pół mola podwójnie naładowanych jonów.

Często reaktywność polimeru wyraża się jako odwrotność ciężaru równoważnikowego, wyrażanego w jednostkach mmol / g lub meq / g.

Jak to obliczyć? Przykłady

-Równoważna waga pierwiastka chemicznego

Otrzymuje się go, dzieląc jego masę atomową przez wartościowość:

Peq = Pa / v

Istnieją przedmioty, które mają tylko jedną równoważną wagę i przedmioty, które mogą mieć 2 lub więcej.

Równoważna waga wapnia

Masa atomowa = 40 g / mol

Walencja = +2

Peq = 40 g.mol ^-1 /2eq.mol ^-1

20 g / równ

Równoważna waga aluminium

Masa atomowa = 27 g / mol

Walencja = +3

Peq = 27 g.mol ^-1 / 3 eq.mol ^-1

9 g / równ

Równoważnik niklu

Masa atomowa = 58,71 g / mol

Walencja = +2 i +3

Nikiel ma dwie równoważne wagi odpowiadające temu, kiedy reaguje z wartościowością +2 i kiedy reaguje z wartościowością +3.

Peq = 58,71 g mol ^-1 / 2 równoważnika mol ^-1

29,35 g / równ

Peq = 58,71 g mol ^-1 / 3 równoważnika mol ^-1

19,57 g / równ

-Równoważna waga tlenku

Jednym ze sposobów obliczenia równoważnej masy tlenku jest podzielenie jego masy cząsteczkowej przez iloczyn wartościowości metalu i indeks dolny metalu.

Peq = Pm / V S

Pm = masa cząsteczkowa tlenku.

V = wartościowość metalu

S = indeks metalu

Produkt V · S jest określany jako całkowity lub netto ładunek kationu.

Równoważna masa tlenku glinu (Al

Masa cząsteczkowa = Al (2 x 27 g / mol) + O (3 x 16 g / mol)

102 g / mol

Walencja = +3

Indeks dolny = 2

Peq Al ₂ O ₃ = Pm / V S

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

17 g / równ

Istnieje inny sposób rozwiązania tego problemu oparty na stechiometrii. W 102 gramach tlenku glinu znajduje się 54 gramów glinu i 48 gramów tlenu.

Peq del Al = masa atomowa / Walencja

27 g mol ^-1 / 3 równoważnika mol ^-1

9 g / równ

Na podstawie równoważnej masy aluminium (9 g / równoważnik) obliczono, że w 54 g aluminium znajduje się 6 równoważników aluminium.

Następnie z właściwości równoważników: 6 równoważników glinu reaguje z 6 równoważnikami tlenu, dając 6 równoważników tlenku glinu.

W 102 g. tlenku glinu istnieje 6 odpowiedników.

A zatem:

Mały Al ₂ O ₃ = 102 g / 6 równ

17 g / równ

-Równoważna waga podstawy

Masę równoważnikową uzyskuje się dzieląc jej masę cząsteczkową przez liczbę grup oksyhydrylowych (OH).

Równoważna masa wodorotlenku żelazawego, Fe (OH)

Masa cząsteczkowa = 90 g / mol

Liczba OH = 2

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

45 g / równ

-Równoważna waga kwasu

Ogólnie rzecz biorąc, otrzymuje się go przez podzielenie jego masy cząsteczkowej przez liczbę wodoru, który oddaje lub uwalnia. Jednak kwasy polirotonowe mogą dysocjować lub uwalniać swój H na różne sposoby, więc mogą mieć więcej niż jeden równoważnik wagi.

Równoważna masa kwasu solnego, HCl

Masa równoważnikowa HCl = masa cząsteczkowa / liczba wodoru

Peq HCl = gramol ^-1 / 1 równoważnika mol ^-1

36,5 g / równ

Równoważna masa kwasu siarkowego

Kwas siarkowy (H ₂ SO ₄ ) może dysocjować na dwa sposoby:

H ₂ SO ₄ => H ⁺ + HSO ₄ ^-

H ₂ SO ₄ => 2 H ⁺ + SO ₄ ^2-

Kiedy puszcza H ^+, jego PE to:

Masa cząsteczkowa = 98 g / mol

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

98 g / mały

A kiedy wypuścisz 2H ⁺ :

Masa cząsteczkowa = 98 g / mol

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

49 g / równ

Z tego samego powodu kwas fosforowy (H ₃ PO ₄ ) o masie cząsteczkowej 98 g / mol może mieć do trzech równoważników: 98 g / równoważnik, 49 g / równoważnik i 32,67 g / równoważnik.

- Równoważna waga soli

I wreszcie, równoważnik masy soli można obliczyć, dzieląc jej masę cząsteczkową przez iloczyn wartościowości metalu i indeksu dolnego metalu.

PE = PM / V S

Siarczan żelaza Fe

Masa cząsteczkowa = 400 g / mol

Walencyjność żelaza = +3 równoważniki / mol

Żelazny indeks dolny = 2

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

66,67 g / równ

Bibliografia

1. Dzień, RA JR. Oraz Underwood, AL Quantitative Analytical Chemistry. Tłumaczenie piątego ^na angielski wydania. Od redakcji Prentice Hall Interamericana
2. Chemia nieorganiczna. (sf). Wyznaczanie równoważnych mas tlenków. Odzyskany z: fullquimica.com
3. Wikipedia. (2018). Odpowiadająca waga. Odzyskane z: en.wikipedia.org
4. Redaktorzy Encyclopaedia Britannica. (26 września 2016). Odpowiadająca waga. Encyclopædia Britannica. Odzyskany z: britannica.com
5. Ori, Jack. (30 kwietnia 2018). Jak obliczyć równoważną wagę. Nauka. Odzyskany z: sciencing.com
6. Równoważna masa części kwasowej 2: Miareczkowanie nieznanej próbki kwasu. (sf). Odzyskany z: faculty.uml.edu
7. Bergstresser M. (2018). Równoważna waga: definicja i wzór. Badanie. Odzyskany z: study.com