Di Kevin Beck Aggiornato il 30 agosto 2022
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Quando le sostanze chimiche si combinano, lo fanno in proporzioni note e fisse. Anche se non hai mai lavorato formalmente con le sostanze chimiche, probabilmente hai visto la tua parte di reazioni chimiche scritte e sai che appaiono in un formato prevedibile. Ad esempio, considera la reazione dell'acido solforico e dello ione idrossido per produrre acqua e ione solfato:
H2SO4 + 2OH− → 2H2O + SO42−
I numeri davanti alle molecole, i coefficienti, mostrano i numeri di ciascuna molecola di reagente e prodotto in relazione l'una all'altra; gli indici all'interno dei composti mostrano quanti atomi di ciascun tipo sono presenti in una data molecola. Questi numeri sono sempre interi, non numeri frazionari come 4,24 o 1,3. Ma cosa rappresentano?
Il concetto di peso equivalente consente di esplorare il fatto che gli atomi si combinano per formare molecole in rapporti numerici fissi, non in rapporti di massa. Cioè, mentre le masse degli elementi differiscono, quando si tratta di legarsi con altri atomi, il numero di atomi , espresso in moli, è il fattore determinante nella quantità di un dato elemento o composto che reagirà con una data massa di un altro.
Una mole di una sostanza è definita come 6,02 × 1023 particelle individuali (atomi o molecole) di quella sostanza. (Questo è il numero esatto di atomi in 12 grammi di carbonio.) Mentre ti sposti da sinistra a destra e verso il basso sulla tavola periodica, la massa di una mole di un dato elemento, o il suo peso molecolare (MW ), è riportato nella casella corrispondente a quell'elemento, solitamente in basso al centro.
Un esempio aiuta a dare un senso a questa definizione. Se hai una molecola di acqua, H2O, puoi vedere che due atomi di H reagiscono con un atomo di O per formare questo composto. Ma poiché il peso molecolare di H è circa 1,0 e quello di O è 16,0, puoi vedere che la molecola contiene 2(1) =2 parti in massa di H per ogni (1)(16) =16 parti in massa di O. Pertanto solo 2/18 =11/1% della massa dell'acqua è costituita da H, mentre 16/198 =88,9% è costituita da O.
Il peso equivalente può essere pensato come il peso (o la massa, per essere precisi) di una sostanza che conterrà un singolo protone reattivo (o ione idrogeno, H+) o un singolo ione idrossido reattivo (−OH−). Il primo caso vale per gli acidi , che sono donatori di protoni, mentre il secondo si applica alle basi , che sono accettori di protoni.
Il motivo per cui è necessario il concetto di peso equivalente è che alcuni composti possono donare o accettare più di un protone, il che significa che per ogni mole presente la sostanza è in effetti doppiamente reattiva.
La formula generale del numero di equivalenti è
E =MW/numero di tariffa
Dove MW è il peso molecolare del composto e il numero di carica è il numero di equivalenti protonici o idrossidici contenuti nel composto. Esempi con diversi acidi e basi aiutano a illustrare come funziona nella pratica.
Prendiamo l'esempio dell'acido solforico visto sopra:
H2SO4 + 2OH− → 2H2O + SO42−
Puoi calcolare il PM dell'acido facendo riferimento a una tavola periodica per ottenere il PM di ciascun elemento e aggiungendo 2(1) + (32) + 4(16) =98,0.
Si noti che questo acido può donare due protoni, poiché lo ione solfato rimane con una carica pari a -2. Questo il peso equivalente è 98.0/2 =49.0.
Per una base il ragionamento è lo stesso. L'idrossido di ammonio può accettare un protone in soluzione per diventare uno ione ammonio:
NH4OH + H+ =H2O + NH4+
Il PM dell'idrossido di ammonio è (14) + (4)(1) + (16) + 1 =35,0. Poiché viene consumato solo una volta il protone, E per questo composto è 35,0/1 =35,0.
Consulta le risorse per un sito che ti consente di calcolare automaticamente E per diversi pesi molecolari e combinazioni di carica, o di risolvere per qualsiasi valore dati gli altri due per qualsiasi composto che riesci a trovare.
