Закон еквівалентів

У Великому тлумачному словнику слово еквівалент (латинською звучить, як aequivalens) пояснюється, як щось рівноцінне, рівносильне або равнозначащее іншому, що зможе його цілком замінити. У хімії закон еквівалентів (використовується з кінця 18 століття, його вивчають у школі, застосовують хіміки і біологи різних країн в теорії і на практиці) встановлює, що всі хімічні речовини вступають в реакції в кількостях, пропорційних їх еквівалентів. Відкритий закон був німецьким хіміком І. В. Ріхтером, праці якого довгий час були невідомі. У своїй тритомної роботі, опублікованій в період з 1792 по 1794 роки під назвою «Начала стехиометрии, або спосіб вимірювання хімічних елементів», вчений показав, що хімічні речовини вступають в реакції в строгому співвідношенні. Їм же був введений такий термін, як «стехіометрія». Зараз це цілий розділ хімії, який описує співвідношення реагентів, що вступають у хімічну взаємодію.

Ріхтер першим в своїх роботах привів кількісні рівняння реакцій. Вони являють собою умовну запис, що містить якісну і кількісну інформацію про процеси, що відбуваються при взаємодії різних хімічних речовин, званих реагентами. Ще за часів алхімічної науки для позначення простих елементів вчені користувалися різними символами, пізніше були відкриті формули складних (що складаються з декількох елементів) хімічних речовин. Але тільки І. В. Ріхтер (під впливом свого вчителя і філософа Іммануїла Канта, стверджував, що окремі напрямки природничих наук містять стільки справжньої науки, скільки в ній є математики) використовував в дисертації хімічні формули і поняття «стехіометрія», описав кількісні рівняння реакції і відкрив Закон еквівалентів. Формула, його виражає може бути записана: Е2 • m1 = Е1 • m2. Де m1 і m2 - це маси речовин «1» і «2», що вступили в реакцію, а Е1 і Е2 - це їх хімічні еквіваленти.

Щоб зрозуміти Закон еквівалентів, необхідно уточнити, що еквівалент - це умовне або реальна кількість речовини, яка може приєднати катіон водню в кислотно-лужних реакціях або електрон в результаті окисно-відновних реакцій. Еквівалентна маса - це маса одного еквівалента. Вважається, що 1 еквівалент речовини реагує (або витісняє) з 1 грамом водню або з 8 грамами кисню, або 35,5 грамами хлору. На практиці кількість речовини в еквіваленті часто має дуже малу величину, тому його прийнято виражати в молях. В 1 молі міститься постійна кількість частинок (атомів, іонів або молекул), воно дорівнює числу Авагадро: NA = 6,02214179 (30) middot-1023. Маса одного моля речовини, виражена в грамах, чисельно дорівнює його масі в атомних одиницях маси.

Спираючись на Закон еквівалентів, можна стверджувати, що при кислотно-лужний титровании, що протікає по рівняння реакції: KOH + HCl - KCl + H2O, в результаті взаємодії 1 моля гідроксиду калію з 1 молем соляної кислоти, виходить 1 моль солі, званої хлористий калій, і 1 моль води. Тобто еквівалентна маса гідроксиду калію дорівнює Е KOH = 39 + 16 + 1 = 56 г, соляної кислоти - Е HCl = 1 + 35 = 36 г, хлориду калію - Е KCl = 39 + 35 = 74 г, води - Е H2O = 1 • 2 + 16 = 18 г. Для того щоб повністю нейтралізувати 56 г гідроксиду калію, необхідно 36 г соляної кислоти. В результаті вийде 74 г хлориду калію і 18 г води. Але так як законом встановлено, що маси речовин, що вступили в реакцію пропорційні їх еквівалентів, то знаючи кількість одного реагенту можна порахувати, скільки набере реакцію другого реагенту або розрахувати вихід продукту.

Наприклад, скільки вийде хлориду калію, якщо відомо, що соляною кислотою було повністю нейтралізовано 100 г гідроокису калію? Використовуючи закон еквівалентів, можна записати: 56 • mKCl = 74 • 100. Тоді mKCl = (74 • 100) / 56 = 132 м А соляної кислоти для нейтралізації 100 гідроксиду калію потрібно 64 г. Якщо 100 г гідроокис калію нейтралізувати сірчаною кислотою: 2KOH + H2SO4 - K2SO4 + 2H2O, то для цього буде потрібно зовсім інше кількість кислоти. Як вказують стехіометричні коефіцієнти цієї реакції, з 2 молями гідроксиду калію прореагує 1 моль сірчаної кислоти, а в результаті вийде 1 моль сірчанокислого калію і 2 благаючи води. Знаючи, що маси прореагували речовин пропорційні еквівалентним масам, можна записати: 2 •56 • mH2SO4 = 98 • 100, тоді для нейтралізації 100 гідроксиду калію потрібно mH2SO4 = 88 г сірчаної кислоти. При цьому утворюється 155 г сульфату калію. Кількість води, виділене в результаті нейтралізації 100 г гідроокису калію соляної або сірчаної кислотами, буде однаково і рівнятися 32 м

Застосовує Закон еквівалентів хімія (аналітична, неорганічна, органічна та інше) для дослідження речовин та інших експериментів, заснованих на розрахунку балансу хімічних реакцій. Крім того, він використовується (для складання матеріальних балансів) при проектуванні та експлуатації лабораторних, дослідних або промислових установок, призначених для синтезу хімічних речовин. Їм постійно користуються фахівці хімічних, медичних, біологічних, санітарно-епідеміологічних лабораторій, так як він лежить в основі формул, за допомогою яких здійснюється розрахунок багатьох результатів аналізів.