Katedra Chemii Nieorganicznej, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska

RÓWNOWAŻNIK SUBSTANCJI CHEMICZNEJ

Materiały dodatkowe do Ćwiczeń rachunkowych z Chemii Nieorganicznej

prowadzący: Anna Kropidłowska

RÓWNOWAŻNIK CHEMICZNY*

W obliczeniach stechiometrycznych użyteczne bywa pojęcie równoważnika chemicznego.

Jeśli rozważymy dwa przykłady reakcji zobojętniania:

a) HCl + NaOH = NaCl + H

2

O

b) H

2

SO

4

+ 2 NaOH= Na

2

SO

4

+ 2H

2

O

łatwo zauważyć, iż w przypadku (a) do zobojętnienia 1 mola kwasu potrzebny jest1 mol zasady,
podczas gdy w przypadku (b) na 1 mol kwasu należy zużyć 2 mole zasady. W przypadkach tego typu
1 mol kwasu nie zawsze jest zatem równoważny molowi zasady.

Kwas siarkowy (VI) oddysocjowuje 2 jony H

+

i może zobojętnić (zrównoważyć) 2 jony HO

-

,

zatem do zrównoważenia 1 mola NaOH wystarcza ½ mola H

2

SO

4

, które oddysocjowuje jeden mol

jonów H

+

Na podstawie powyższego przykładu można zatem napisać:

W

M

R

=

przy czym: R- ilość kwasu równoważna 1 molowi jonów H

+

M - masa cząsteczkowa
W- wartościowość reszty kwasowej

Równoważnik chemiczny (R, eq) - jest to taka masa substancji, która łączy się z 1,008 jednostki
wagowej wodoru lub z 8 jednostkami wagowymi tlenu, bądź też wypiera te ilości wodoru/tlenu ze
związku.

Równoważnik wyrażony w gramach nazywamy gramorównoważnikiem.
Gramorównoważnik (gR, inaczej zwany walem: wal, val,) posiada także określony sens
elektrochemiczny – jest mianowicie równy masie substancji (wyrażonej w gramach), wydzielanej na
elektrodzie ładunek elektryczny równy 1 Faraday = 96500C

Gramorównoważnik dowolnej substancji:
- taka ilość tej substancji, która reaguje z 1 gramorównoważnikiem dowolnej innej substancji.

Najistotniejszą konsekwencją tak zdefiniowanej wielkości jest to, że dwie dowolne substancje

reagują ze sobą zawsze w proporcji: 1 wal A + 1 wal B (niezależnie od współczynników w równaniu
reakcji!). Zależność ta jest spełniona dla każdej reakcji.

OBLICZANIE RÓWNOWAŻNIKÓW CHEMICZNYCH PIERWIASTKÓW I ZWIĄZKÓW
CHEMICZNYCH

• Równoważnik chemiczny pierwiastka

Pomiędzy równoważnikiem chemicznym R

x

pierwiastka X i jego masą atomową A

x

istnieje

następująca zależność:

W

A

R

x

x

=

przy czym W- oznacza wartościowość chemiczną pierwiastka, którą określa się jako liczbę atomów wodoru albo
pierwiastka równocennego wodorowi, z którą łączy się atom pierwiastka.

W zależności od rodzaju związków ten sam pierwiastek może przyjmować różne wartości

wartościowości, stąd pierwiastek może mieć też różne wartości równoważnika chemicznego

Przykład.
W związkach żelazo (A=55,85) może być np. dwu- i trójwartościowe
Stąd też:

92

,

27

2

85

,

55

)

(

=

=

II

Fe

R

61

,

18

3

85

,

55

)

(

=

=

III

Fe

R

• Równoważnik chemiczny kwasu

Równoważnik chemiczny kwasu jest liczbowo równy masie cząsteczkowej kwasy podzielonej przez

liczbę kwasowo czynnych atomów wodoru zawartych w cząsteczce kwasu (z wiec przez jonów H

+

,

które

mogą by oddysocjowane).

Przykłady.

46

,

36

1

46

,

36

=

=

HCl

R

04

,

49

2

08

,

98

4

=

=

SO

H

s

R

67

,

32

3

00

,

98

4

3

=

=

PO

H

R

• Równoważnik chemiczny zasady

Dla zasad równoważnik chemiczny jest równy masie cząsteczkowej zasady podzielonej przez liczbę

czynnych zasadowo grup wodorotlenowych wchodzących w jej skład.

Przykłady.

00

,

40

1

00

,

40

=

=

NaOH

R

70

,

85

2

4

,

171

2

)

(

=

=

OH

Ba

R

63

,

35

3

9

,

106

3

)

(

=

=

OH

Fe

R

• Równoważnik chemiczny soli pojedynczych

Równoważnik chemiczny jonów związków chemicznych, biorących udział w reakcjach typu

nieredoksowego, oblicza się uwzględniając ich masę atomową (lub cząsteczkową) oraz wartościowość
jonu, względnie atomów lub grup atomów dla danego związku charakterystycznych.

Równoważnik w przypadku soli pojedynczych obliczamy dzieląc masę cząsteczkową soli przez

liczbę jonów metalu zawartych w elementarnym zgrupowaniu jonowym (sumaryczny ładunek jonów
jednego rodzaju oddysocjowujących z cząsteczki). Jest w tym przypadku obojętne, czy wyznacza się
go względem kationu, czy anionu.

Przykłady.

9

,

169

1

9

,

169

3

=

=

AgNO

R

ponieważ: AgNO

3

= Ag

+

+ NO

3

-

(sumaryczny ładunek dla Ag

+

=1

⋅1=1);

02

,

71

2

05

,

142

4

2

=

=

SO

Na

R

ponieważ: Na

2

SO

4

= 2Na

+

+ SO

4

2-

(sumaryczny ładunek dla 2Na

+

=2

⋅1=2);

37

,

65

6

2

,

392

3

4

2

)

(

=

=

SO

Cr

R

ponieważ: Cr

2

(SO

4

)

3

= 2Cr

3+

+ 3SO

4

2-

(sumaryczny ładunek dla 2Cr

2+

=2

⋅3=6);

• Równoważnik chemiczny soli podwójnych

W omawianym przypadku równoważnik chemiczny oblicza się w stosunku do każdego rodzaju

jonów:

Przykład

K

2

Al

2

(SO

4

)

4

⋅24H

2

O (M=948,7)

w stosunku do K

+

:

4

,

474

1

2

7

,

948

)

(

=

⋅

=

+

K

R

w stosunku do Al

3+

:

1

,

158

3

2

7

,

948

)

(

3

=

⋅

=

+

Al

R

w stosunku do SO

4

2-

:

6

,

118

2

4

7

,

948

)

(

2

4

=

⋅

=

−

SO

R

• Równoważnik chemiczny utleniaczy i reduktorów

Równoważnikiem substancji utleniającej lub redukującej jest taka jej ilość, która pobiera lub oddaje

1 elektron.

Równoważnik w przypadku takich substancji oblicz się zatem dzieląc masę cząsteczkową przez

liczbę elektronów pobranych lub oddanych w reakcji redoks.

Przykłady.

2 KMnO

4

+ 5 K

2

C

2

O

4

+ 16 HNO

3

= 2 Mn(NO

3

)

2

+ 10 CO

2

+ 12 KNO

3

+ 8 H

2

O

6

,

31

5

158

4

=

=

KMnO

R

2 KMnO

4

+ 3 K

2

SO

3

+ H

2

O = 2 MnO

2

+ 3 K

2

SO

4

+ 2 KOH

67

,

52

3

158

4

=

=

KMnO

R

2 KMnO

4

+ HCOH + 2 KOH = 2 K

2

MnO

4

+ HCOOH + H

2

O

158

1

158

4

=

=

KMnO

R

PRAWO RÓWNOWAŻNIKÓW (Richtera)

Pierwiastki i związki chemiczne reagują ze sobą, bez reszty, w ilościach wagowych równych ich

gramorównoważnikom chemicznym lub ich wielokrotnościom.

2

1

2

1

R

R

m

m =

METODY WYZNACZANIA RÓWNOWAŻNIKA CHEMICZNEGO METALU

• Metoda chemiczna-bezpośrednia

Stosowana do wyznaczania równoważnika chemicznego metali nieszlachetnych (wypierających
wodór z kwasów)

• Metoda fizyczna

Metoda oparta na I prawie Faraday’a: ilość metalu osadzonego na katodzie podczas elektrolizy
jest proporcjonalna do ładunku przepływającego przez elektrolizer

• Metoda chemiczna – pośrednia

W przypadku metali szlachetnych (nie wypierających wodoru z kwasów) np. Ag – celem
wyznaczenia równoważnika roztwarza się naważkę badanego metalu w kwasie (HNO

3

), po czym

wytrąca kwasem solnym nierozpuszczalny osad AgCl, którego masę, po odsączeniu wysuszeniu,
wyznacza się.

STĘŻENIE NORMALNE

W praktyce pojęciem gramorównoważnika posługuje się m.in. w celu wyznaczenia normalności

roztworów.

Stężenie normalne podaje liczbę gramorównoważników chemicznych substancji rozpuszczonej

w 1 dm

3

roztworu.

Tak więc roztwór zawierający 1 gramorównoważnik substancji w 1 litrze jest 1 normalny (1N)

Normalność definiuje się jako:

V

R

m

c

N

⋅

=

gdzie: n – masa substancji rozpuszczonej

R – masa 1 gramorównoważnika tejże substancji
V – objętość roztworu w dm

3

Pomiędzy molowością, a normalnością danego roztworu istnieje zatem ścisła zależność –

normalność jest albo równa molowości, albo stanowi jej całkowitą wielokrotność.

Należy jednak pamiętać, że równoważnik chemiczny związku może przyjmować różne wartości

w zależności od reakcji, w której ten związek bierze udział.

* Równoważnik chemiczny, aczkolwiek bardzo użyteczny, jest jedynie pojęciem pomocniczym. Można
z niego zrezygnować i posługiwać się jedynie pojęciem jedynie masy cząsteczkowej i wartościowości,
jak zaleca IUPAC (Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej)


Literatura:

[1] W. Brzyska (red.), Ćwiczenia z chemii ogólnej, Wydawnictwo UMCS, Lublin (1997) 51-58.
[2] Z. Bądkowska, E. Koliński, M. Wojnowska, Obliczenia z Chemii Nieorganicznej, Wydawnictwo
PG, Gdańsk (1996) 85-87.
[3] http://www.chem.univ.gda.pl/~tomek/gramorownowaznik.htm.