Équivalent
Un bilan sanguin américain indique « K 4,2 mEq/L », un européen « K 4,2 mmol/L ». Les nombres coïncident parce que le potassium porte une seule charge. Pour le calcium, ils diffèrent du simple au double : 2,5 mmol/L font 5 mEq/L. L’équivalent ne compte pas les particules elles-mêmes, mais leur travail : combien d’ions hydrogène elles remplacent ou combien de charges elles portent.
Les chimistes utilisaient les équivalents bien avant la mole. On comparait acides et bases selon la quantité de l’un qui neutralise l’autre, d’où la normalité des solutions : 1 N = 1 Eq/L. L’IUPAC déconseille cette notation depuis longtemps. Mais les équivalents sont restés en médecine, dans le traitement de l’eau et en science du sol.
| Notation | Eq · en pratique mEq/L |
| Définition | 1 Eq = 1 mol / z — la quantité de matière qui réagit avec 1 mol de H⁺ ou porte 1 mol de charges |
| Valeurs de référence | 1 mEq Ca²⁺ = 0,5 mmol = 20,04 mg · 1 mEq Na⁺ = 22,99 mg · 1 Eq porte 96 485 C |
| Introduite | poids équivalents — Richter, 1792 · solutions normales — XIXᵉ siècle · hors du SI |
| Normes | ISO 80000-9 · IUPAC Green Book · ISO 6059 · ISO 11260 |
| Valeurs typiques | 140 mEq/L — Na⁺ dans le plasma · 5 mEq/L — Ca²⁺ · 546 mEq/L — Cl⁻ dans l’eau de mer |
01 · Définition
Une mole divisée par la charge
Une mole d’acide chlorhydrique cède une mole d’ions hydrogène. Une mole d’acide sulfurique en cède deux. Pour les neutraliser, il faut des quantités de base différentes. L’équivalent les égalise d’avance : 1 mol HCl vaut 1 Eq, 1 mol H₂SO₄ vaut 2 Eq.
Il en va de même pour les ions. Le nombre z est la charge de l’ion ou le nombre d’ions hydrogène dans la réaction. La quantité d’équivalents est la quantité de matière multipliée par z. La somme des équivalents des cations d’une solution est toujours égale à celle des anions : la solution est électriquement neutre. C’est sur cela que repose l’ionogramme sanguin à droite.
Plus et moins s’équilibrent dans le sang
La colonne de gauche montre les cations du plasma, celle de droite les anions ; la hauteur de chaque bloc est sa concentration. Les blocs turquoise sont les ions positifs, les violets les négatifs. Le bloc magenta représente les anions que le laboratoire ne mesure pas : protéines, phosphates, acides organiques. Sa hauteur est égale au trou anionique. En mEq/L, les colonnes ont toujours la même hauteur. Passez en mmol/L : calcium et magnésium deviennent deux fois plus bas, et l’égalité disparaît.
Combien d’hydrogène une molécule cède
Chaque alvéole contient une formule développée. En violet, les atomes d’hydrogène que l’acide cède à la base ; leur nombre est z. En rose, l’oxygène. Sous la formule, le nombre d’équivalents dans une mole. L’acide citrique a huit atomes d’hydrogène mais n’en cède que trois — ceux des groupes COOH.
Une millimole, un nombre différent d’équivalents
La fiole contient 25 mL d’eau et exactement 1 mmol d’acide ; la burette, de la soude NaOH à 0,100 mol/L. Ouvrez le robinet : les gouttes tombent dans la fiole, l’agitateur mélange, l’électrode mesure le pH. En turquoise, la base et tout ce qui la concerne : le niveau dans la burette, les équivalents ajoutés. En violet, l’acide et ses ions hydrogène. En magenta, l’indicateur et les points d’équivalence. À droite, un écran enregistre la courbe de titrage. Ses pointillés se trouvent là où l’on a ajouté exactement 1, 2 et 3 équivalents de base par mole d’acide. Sous l’écran, deux barres : combien d’équivalents d’acide restent dans la fiole et combien de base a déjà été ajoutée. Le temps est réel. Si l’on ne touche à rien pendant 20 s, les expériences démarrent seules.
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02 · Conversion
| {n} | {v} | {note} |
Pour les ions monovalents — Na⁺, K⁺, Cl⁻, HCO₃⁻ — mEq/L et mmol/L coïncident. Pour les divalents, mEq/L est deux fois plus grand, pour les trivalents trois fois. C’est pourquoi, quand les bilans passent des mEq aux mmol, seuls les nombres du calcium, du magnésium et du phosphate changent.
La dureté de l’eau se compte aussi en équivalents. Le degré allemand °dH vaut 10 mg de CaO par litre, le degré français °fH 10 mg de CaCO₃. Tous deux se convertissent par les mEq : 1 mEq/L = 2,8 °dH = 5,0 °fH = 50 mg/L CaCO₃.
03 · Ordres de grandeur
04 · Instruments de mesure
05 · Règles d’écriture
06 · Unités voisines
07 · Section historique
L’équivalent ne fait pas partie du SI et n’en a jamais fait partie. L’IUPAC propose de se contenter de la mole et de préciser ce que l’on compte : n(½Ca²⁺) = 2 mmol signifie la même chose que 2 mEq de calcium. La notation est plus longue, mais il n’y a pas besoin d’unité à part, et la particule se voit tout de suite.
Le principal danger de l’équivalent : une même substance peut en avoir un nombre différent. L’acide phosphorique cède deux ions hydrogène avec la phénolphtaléine, un seul avec le méthylorange. C’est pourquoi l’étiquette d’une solution indique toujours, à côté de la normalité, la réaction pour laquelle elle a été calculée.
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Une goutte d'acide change la couleur du jus, le sel colore la flamme, l'eau gèle d'un coup. En dessous, toutes les fiches Simetrium, par discipline et par ordre alphabétique.
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