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Equivalente químico

Cuando las sustancias químicas reaccionan para formar compuestos, en esencia lo que sucede es que una de las moléculas (o átomos) de uno de ellos reacciona con una o mas moléculas (o átomos) del otro para generar la nueva sustancia, de forma que siempre el cociente entre los números de las moléculas (o átomos) reaccionantes de uno u otro compuesto es un número entero y nunca fraccionario, lo que se conoce como ley de proporciones definidas. Por ejemplo, si el ácido clorhídrico (ClH) reacciona con la sosa cáustica (NaOH) según la reacción siguiente:

ClH
+
NaOH
===>
NaCl
+
H2O


Una molécula de ácido habrá reaccionado con otra de la base (sosa) para formar dos nuevas moléculas, una de agua (H2O) y otra de cloruro de sodio (NaCl), en este caso la relación entre el número de moléculas que han reaccionado, no importa la cantidad total de estas de cada compuesto será 1:1.

Si analizamos ahora para el caso de ácido sulfúrico (SO4H2) reaccionando con la sosa cáustica tendremos:

SO4H2
+
2NaOH
===>
SO4Na2 +
2H2O

Observe que ahora una molécula de ácido reacciona con dos de sosa y por tanto la relación moléculas de ácido/moléculas de sosa es de 1:2.

Esta cuestión de que la relación entre los números de moléculas reaccionantes es siempre un número entero es muy útil para determinar las cantidades totales de moléculas que deben juntarse en una reacción para lograr el, o los productos finales, sin que sobren moléculas de ninguno de los dos compuestos originales, lo que se conoce como reacción estequeométrica.

Ahora, una molécula es una entidad muy pequeña, y su conteo físico resulta literalmente imposible en la práctica como para establecer la reacción estequeométrica contándolas, ya que cuando se ponen a reaccionar dos sustancias, aunque las cantidades sean pequeñas, el número de moléculas presentes es muy elevado. Por este motivo en lugar de contar las moléculas se usa una unidad mucho más grande conocida como mol. Un mol de cualquier sustancia tiene siempre una misma cantidad de moléculas 6.023 X 1023 (número de Avogadro),  de forma que resultarán iguales en valor, la relación entre los números de moléculas reaccionantes y el número de moles reaccionantes de las sustancias.

El mol queda definido como el peso molecular expresado en gramos, de esta forma un mol de agua, cuyo peso molecular es 18, pesa 18 gramos y a la vez esto significa que 18 gramos de agua tienen
6.023 X 1023 moléculas. Similarmente, el peso molecular del fenobarbital que es 232.2, significa que 232.2 gramos de fenobarbital (un mol) tienen 6.023 X 1023 moléculas.

La utilización del mol como unidad para la determinación de la estequiometría química es sumamente práctica ya que sustituye el impracticable conteo de las moléculas, por una unidad fácilmente medible como peso.


Refiriéndonos a las dos reacciones de arriba, se puede decir entonces que un mol de ácido clorhídrico reacciona exactamente (de forma estequeométrica) con un mol de hidróxido de sodio (sosa cáustica), mientras que se necesitan dos moles de la sosa para reaccionar con un mol de ácido sulfúrico.

Equivalente químico

Hay muchas sustancias que al disolverse se disocian en iones, y a las soluciones de estas sustancias se les denomina comúnmente electrolitos, así por ejemplo el cloruro de sodio NaCl al disolverse en agua se disocia en los iones Na- y H+ o el ácido sulfúrico SO4H2 que lo hace en los correspondientes (SO4)+2 y 2H-. Cuando se trabaja con este tipo de sustancias, podemos estar interesados solamente en uno de los dos iones del par. Por ejemplo, con los ácidos minerales puede interesarnos solo el número de iones H+ en la solución y no interesarnos el resto de los iones. Por lo tanto no nos importa en realidad la cantidad de gramos o moles de ácido presentes; lo que necesitamos determinar es la cantidad de moles de H+ presentes. El concepto de equivalente químico involucra este tipo de necesidad.

El equivalente químico de una sustancia, a veces llamado la fuerza de reacción, es el número de iones univalentes (con valencia 1) necesarios para reaccionar con cada molécula de la sustancia. El ácido clorhídrico tiene equivalente 1 por mol debido a que 1 mol del ion univalente OH- reacciona exactamente con 1 mol de H+ del HCl para formar agua, o un mol de Na+ reaccionaría con el Cl- del ácido clorhídrico para formar cloruro de sodio. Por su parte el ácido sulfúrico (SO4H2) contiene 2 equivalentes por mol porque se requieren 2 moles de OH- para actuar sobre 1 mol de ácido sulfúrico o, de igual, forma se necesitan 2 moles de Na+ para reaccionar exactamente con el ion (SO4)+2.

El compuesto  Al2(SO4)3  tiene equivalente 6 porque en solución acuosa se obtienen dos iones Al+3 capaces de reaccionar con 6 iones monovalentes tal como Cl- , o el  triple ion sulfato (3SO4-2) también reacciona con 6 iones univalentes como el Cl-.

El término equivalente químico tiene cierta ambigüedad para el caso de electrolitos con iones de valencia variable como los fosfatos o carbonatos, en los cuales la sustancia puede tener diferentes grados de equivalencia en dependencia del pH de la solución. Por ejemplo el Na2HPO4 (fosfato disódico) tiene 2 equivalentes/mol y predomina en soluciones de pH alto, mientras el NaH2PO4 (fosfato monosódico) con equivalente/mol de 1 predomina en las soluciones con pH bajo.

Peso equivalente

El peso equivalente de un elemento o sustancia es aquel peso que se combina químicamente con un equivalente de otro elemento o sustancia. El peso equivalente del HCl es del mismo valor que el peso molecular ya que tiene equivalente 1 por mol y reacciona con un equivalente de otra sustancia. El peso equivalente del ácido sulfúrico es su peso molecular dividido por 2 ya que este ácido tiene un equivalente químico por mol de 2 y por tanto necesita dos equivalentes de la otra sustancia para reaccionar exactamente. El peso equivalente se puede calcular con la expresión general siguiente:

expresión


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