Av Rosann Kozlowski | Uppdaterad 30 augusti 2022

Foto:Photongpix/iStock/GettyImages

Inom kemi hjälper konceptet med ekvivalenta enheter - eller ekvivalenter - till att kvantifiera den reaktiva kapaciteten hos arter som elektroner eller joner. En ekvivalent representerar antalet elektroner eller joner som ett ämne kan donera eller ta emot i en given reaktion.

Vad är ekvivalenter?

Den reaktiva förmågan hos en art beror på vad som överförs under en kemisk reaktion. I syra-baskemi är en ekvivalent lika med mängden av ett ämne som reagerar med en mol vätejoner (H⁺). I redoxreaktioner är det en mol elektroner.

Koppla oxidationstillstånd till ekvivalenter

Oxidationstillståndet (eller valens) för ett element indikerar hur många elektroner som är involverade i dess interaktioner. Därför är antalet ekvivalenter ofta lika med det absoluta värdet av oxidationstillståndet.

• Kalciumjon (Ca²⁺) – 2 ekvivalenter
• Aluminiumjon (Al³⁺) – 3 ekvivalenter

Ekvivalenter i syror och baser

För syror motsvarar en ekvivalent antalet vätejoner en molekyl kan donera. Detta tal är helt enkelt koefficienten för väte i molekylformeln.

• Saltsyra (HCl) – 1 ekvivalent
• Svavelsyra (H₂SO4) – 2 ekvivalenter
• Fosforsyra (H₃PO₄) – 3 ekvivalenter
• Salpetersyra (HNO₃) – 1 ekvivalent

För baser är ekvivalenten antalet hydroxidjoner (OH⁻) de ger:

• Natriumhydroxid (NaOH) – 1 ekvivalent
• Bariumhydroxid (Ba(OH)₂) – 2 ekvivalenter

Utvärdering av syra-basstyrka med ekvivalenter

En ekvivalent av en syra reagerar med en ekvivalent av en bas. Således ger lika ekvivalenter av en syra och en bas en neutral lösning. Till exempel neutraliserar 1 ekvivalent HCl 1 ekvivalent NaOH, medan 2 ekvivalenter H2SO4 kräver dubbelt så mycket NaOH.

Praktiska tillämpningar av ekvivalenter

Även om moderna laboratorier sällan använder ekvivalenter för rutinmässiga beräkningar, är de fortfarande viktiga för att bestämma gramekvivalentvikt och normalitet, särskilt vid titrering.

Gram-ekvivalentviktsberäkningar

Grammekvivalentvikten för en syra eller bas beräknas som:

Ekvivalentvikt =Molekylvikt ÷ antal ekvivalenter

Exempel: Ta reda på gramekvivalentvikten för fosforsyra (H₃PO₄).

1. Beräkna dess molekylvikt:3(1,01) + 30,97 + 4(16,00) =127gmol⁻¹.
2. Antal ekvivalenter (n) =3.
3. Ekvivalentvikt =127 ÷ 3 =42,3geq⁻¹.

Normalitetsberäkningar

Normalitet (N) definieras som ekvivalenter per liter lösning. Formeln är:

N =(massa av löst ämne ÷ ekvivalentvikt) ÷ volym inL

Exempel: Bered en 2N lösning av H₃PO4.

1. Önskad normalitet:N=2eqL⁻¹.
2. Volym:V=1L.
3. Ekvivalentvikt:42,3geq⁻¹.
4. Krävd massa:m =N × V × ekvivalentvikt =2 × 1 × 42,3 =84,6 g.

Lös alltså 84,6 g fosforsyra i tillräckligt med vatten för att nå 1 L för att få en 2N lösning.

Nyckel takeaways

• Ekvivalenter ger ett bekvämt sätt att relatera stökiometri till reaktiv kapacitet.
• De är viktiga för att beräkna gramekvivalentvikt och normalitet i titreringsarbete.
• Att förstå ekvivalenter överbryggar begrepp inom syra-bas- och redoxkemi.