当量
美国的血液化验单上写「K 4.2 mEq/L」,欧洲的写「K 4.2 mmol/L」。数字相同,因为钾只带一个电荷。对钙则相差一倍:2.5 mmol/L 就是 5 mEq/L。当量数的不是粒子本身,而是它们的作用:能替代多少个氢离子,或者带多少个电荷。
化学家使用当量远早于摩尔。酸和碱按一种能中和另一种多少来比较,溶液的当量浓度由此而来:1 N = 1 Eq/L。IUPAC 早已不推荐这种写法。但当量留在了医学、水处理和土壤学中。
| 记号 | Eq · 实际中 mEq/L |
| 定义 | 1 Eq = 1 mol / z——与 1 mol H⁺ 反应或携带 1 mol 电荷的物质的量 |
| 参考值 | 1 mEq Ca²⁺ = 0.5 mmol = 20.04 mg · 1 mEq Na⁺ = 22.99 mg · 1 Eq 携带 96 485 C |
| 引入 | 当量——里希特,1792 · 当量浓度溶液——19 世纪 · 不属于国际单位制 |
| 标准 | ISO 80000-9 · IUPAC Green Book · ISO 6059 · ISO 11260 |
| 典型值 | 140 mEq/L——血浆中的 Na⁺ · 5 mEq/L——Ca²⁺ · 546 mEq/L——海水中的 Cl⁻ |
01 · 定义
除以电荷的摩尔
一摩尔盐酸给出一摩尔氢离子。一摩尔硫酸给出两摩尔。要中和它们,需要的碱量不同。当量预先把它们拉平:1 mol HCl 是 1 Eq,1 mol H₂SO₄ 是 2 Eq。
离子也是如此。z 是离子的电荷,或反应中的氢离子数。当量的量等于物质的量乘以 z。溶液中阳离子的当量总和永远等于阴离子的当量总和:溶液呈电中性。右边的血液离子图就建立在这一点上。
血液中的正负电荷相互平衡
左柱是血浆中的阳离子,右柱是阴离子;每个方块的高度就是它的浓度。青色方块是正离子,紫色是负离子。品红色方块是实验室不测的阴离子:蛋白质、磷酸盐、有机酸。它的高度等于阴离子间隙。用 mEq/L 时,两根柱子总是一样高。切换到 mmol/L,钙和镁就矮了一半,平衡消失。
一个分子能给出多少氢
每个格子里是一个结构式。紫色标出的是酸交给碱的氢原子,它们的数目就是 z。粉色标出的是氧。式子下方写着一摩尔中有多少当量。柠檬酸有八个氢原子,却只给出三个——羧基 COOH 上的那三个。
一毫摩尔,当量数各不相同
烧瓶里有 25 mL 水和正好 1 mmol 酸,滴定管里是 0.100 mol/L 的 NaOH 碱液。打开活塞:液滴落进烧瓶,搅拌子搅匀,电极测 pH。青色表示碱以及与碱有关的一切:滴定管液面、加入的当量。紫色是酸和它的氢离子。品红是指示剂和化学计量点。右边的屏幕记录滴定曲线,虚线位于每摩尔酸恰好加入 1、2、3 当量碱的地方。屏幕下有两条:烧瓶里还有多少当量的酸,已经加了多少碱。时间是真实的。20 s 不操作,实验会自动开始。
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02 · 换算
| {n} | {v} | {note} |
对一价离子——Na⁺、K⁺、Cl⁻、HCO₃⁻——mEq/L 与 mmol/L 相同。二价离子的 mEq/L 是两倍,三价是三倍。所以化验单从 mEq 换成 mmol 时,只有钙、镁、磷酸盐的数字会变。
水的硬度也按当量计。德国度 °dH 是每升 10 mg CaO,法国度 °fH 是每升 10 mg CaCO₃。两者都经 mEq 换算:1 mEq/L = 2.8 °dH = 5.0 °fH = 50 mg/L CaCO₃。
03 · 数量级
04 · 测量仪器
05 · 书写规则
06 · 相邻单位
07 · 历史部分
当量不属于国际单位制,过去也从未属于。IUPAC 建议只用摩尔,并注明数的是什么:n(½Ca²⁺) = 2 mmol 与 2 mEq 钙意思相同。写法长一些,但不需要单独的单位,粒子也一目了然。
当量最大的隐患是:同一种物质可以有不同的当量数。磷酸用酚酞时给出两个氢离子,用甲基橙时只给一个。所以溶液标签上在当量浓度旁边,总要写明它是按哪个反应算的。
一滴酸改变果汁的颜色,盐给火焰染色,水被轻敲一下就结冰。下面是 Simetrium 的全部页面,按学科和字母顺序排列。
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