當量

化學當量，泛指化學方面的當量數，諸如克當量、當量濃度、化合物當量、電化當量等 ^[1]  。

根據定組成定律，我們知道物質的組成總是一定的，例如組成水的氫和氧的重量比是1.008 : 8。各種物質彼此進行反應時，它們的重量比也總是一定的。

任何純淨的化合物都有固定的分子式。我們從化合物的分子式，可以看出化合物都是由一定數量的元素所組成。例如水，分子式是H₂O，其中氫元素和氧元素的重量比為2.016 : 16即1.008 : 8。事實上通過水的合成或分解都能得到這樣的重量比 ^[2]  。

再從元素間反應生成化合物來看，同樣也得出各元素間存在着一定數量比的關係。例如氫與氧化合生成水，氫與氯化合生成氯化氫，碳與氧化合生成二氧化碳，鎂與氧化合生成氧化鎂，從這些反應的化學方程式看，每兩種元素之間都有一個數量比的關係。

1.008×2×2 =4.032

16×2=32

氫與氧的重量比為4.032 : 32即1.008 : 8

又如鋅與鹽酸發生置換反應時

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

65.4 : 2

由反應方程式可看出，65.4份重的鋅能從鹽酸裏置換出2份重的氫，即32.7份重的鋅能置換出1份重的氫來。

因此，我們把任何一種元素與1份重（1.008份重通常可略成1）的氫或8份重的氧相化合，或從化合物中置換出此量的氫或氧時所需該元素的量，叫做元素的當量。

可以看出，元素的原子量是元素當量的整數倍數，這個整數倍數恰等於該元素的化合價。

故元素的當量 = 元素的原子量/元素的化合價（絕對值）。

即元素的當量也就是該元素對它的1價所相當的重量。

運用這個公式，我們可以從原子量和化合價直接計算出元素的當量。例如鋁的原子量為27，其化合價為3，則鋁的當量=27÷3=9。

當元素化合時彼此間總有一個相當的量，各元素即按這個相當的量彼此化合或置換。從任何化學反應方程式看，反應物之間的克分子數總是一定的，因而它們的重量比也應是一定的。

通氫氣入受熱的氧化銅上，生成紫紅色的銅和水。

63.6 +16 =79.6

1×2=2

氧化銅與氫的重量比為79.6 : 2即39.8 : 1，即和1份重氫反應的氧化銅重為39.8份重。39.8就是氧化銅的當量。

我們把某化合物和1當量的氫，或1當量的氧，或1當量的任何其他物質完全作用時所需要的量，叫做該化合物的當量。

下面再研究酸、鹼中和反應的基本數量關係。例如氫氧化鈉分別與鹽酸、硫酸反應。

NaOH + HCl = NaCl + H2O

23+16+1 =40

1+35.5=36.5

2NaOH + H₂SO₄=Na₂SO₄+2H2O

2×(23+16+1) =2×40

1×2+32+16×4=98

即40 : 49。

在上面兩個反應中，同樣是1個分子量（即40）氫氧化鈉，卻可以分別中和1個分子量（36.5）鹽酸，1/2個分子量（49）硫酸。這是因為鹽酸是一價酸，硫酸是二價酸，所以1個分子量的氫氧化鈉分別要與1個分子量鹽酸、1/2個分子量硫酸發生完全的反應。

由此可見鹼和不同的酸發生中和反應時，總是以一定重量比來進行反應的。這裏與40份重氫氧化鈉反應所需的鹽酸、硫酸分別為36.5份重、49份重，所以鹽酸、硫酸的當量分別為36.5和49。

我們再研究一下鹼與鹽的複分解反應。

2NaOH + MgCl₂=2NaCl+Mg(OH)₂↓

2×40 =80

24+71=95

即40 : 47.5

可以看出1個分子量（40）氫氧化鈉能與1/2個分子量（47.5）氯化鎂完全反應，所以氯化鎂的當量為47.5。

我們再比較一下化合物（酸、鹼、鹽）的分子量和當量，不難看出分子量是當量的整數倍這個倍數等於化合物分子中元素或根的正或負化合價總數的絕對值。

由此得出下列公式：

化合物的當量=化合物的分子量/正價或負價總數（絕對值）

可見化合物的當量也對一價（正價或負價的絕對值）所相當的重量。

運用這個公式，可以直接計算出化合物的當量來，例如求硫酸鋁的當量。

硫酸鋁Al₂(SO₄)₃=27×2+3×(32+16×4)=342

故硫酸鋁的當量為342/(3×2)=57。

因為許多元素彼此化合時，在不同條件下能生成幾種化合物。例如碳與氧完全燃燒生成二氧化碳，不完全燃燒則生成一氧化碳，所以根據這些不同化合物的分子組成或化合反應來計算，就有不同的當量數值，在CO₂中碳與氧重量比為3 : 8，但在CO中碳與氧重量比為6 : 8，可見碳的當量分別為3和6。但是，無論如何，同一元素的各個不同的當量之間，總是互成簡單整數比。例如在CO₂和CO中碳的當量比為3 : 6即1 : 2。

又如氯化鈉與濃硫酸反應，因温度不同而發生不同的反應：

在反應中和NaCl一個分子量（即58.5）反應，需H₂SO₄1/2個分子量（即49），而反應中和一個分子量NaCl=（即58.5）反應需硫酸1個分子量（98）。可見前者硫酸的當量為49，後者則為98。所以物質的當量必須從實際出發，對具體反應情況作具體分析，進行計算，不能硬套公式。

物質或元素的當量是一個比值，是一個不名數。為了使用方便，也和克分子量一樣，在生產或科研上常用克為單位表示當量。元素或化合物的當量，以克為單位來表示，則此一定的量，叫做元素或化合物的克當量。克當量一般以E來表示。

例如硫酸鈉M(Na₂SO₄)=23×2+32+16×4=142，

故 E(Na₂SO₄)=142g/2=71g。

一克當量的硫酸鈉是71克重，10克當量的硫酸鈉為71×10=710克，0.1克當量硫酸鈉應為71×0.1=7.1克。可見物質的克當量可以是1個或10個或0.1個等等整數或小數倍。我們把元素或物質的克當量的多少或克當量的個數叫做克當量數。

根據上面計算，可見克當量與克當量數之間有以下關係：

克當量 × 克當量數 = 物質的重量克數

由於元素或化合物的克當量可以從元素的原子量和物質的分子量推算出來都是一個定數，因此根據以上公式，我們可以進行克當量數和物質重量克數的互算。

1當量的氫只能和1當量的氧或1當量的氯化合，1當量的氫氧化鈉只能和1當量的鹽酸、1當量的硫酸、1當量的磷酸發生中和反應，1克當量的元素只能與1克當量的其它元素化合，1克當量的鹼只能與1克當量的酸中和。可見當兩種元素或化合物發生完全反應時，它們的克當量數一定相同。這就叫做當量定律。

用克當量來研究物質發生化學反應時的重量關係，甚為簡便，因任何物質間只要克當量數相等就可以完全進行反應。但是物質間反應時它們的克分子數卻沒有這種關係，氫氧化鈉與鹽酸反應，其克分子數是1 : 1關係，但氫氧化鈉與硫酸、磷酸反應，其克分子數則分別為2 : 1和3 : 1，所以生產和科研上常用克當量來表示反應物之間的重量關係。

根據當量定律，可以計算元素或化合物的克當量。

以克作單位，在數值上等於化合物的當量，這一定重量叫做化合物的一個克當量。

例如，HCl的當量為36.5/1=36.5，則36.5克為HCl的一個克當量。

又如，H₂SO₄的當量為98/2=49，則49克為H₂SO₄的一個克當量。

再如，H₃PO₄的當量為98/3=32.7，則32.7克為H₃PO₄的一個克當量。

用1升溶液中含有溶質的克當量數來表示的濃度叫做當量濃度（用N表示）。

例如，1升溶液中含有硫酸49克（即1個克當量）則其當量濃度為1N。

又如，1升溶液中含有硫酸98克（即2個克當量）則其當量濃度為2N。

再如，1升溶液中含有硫酸24.5克（即0.5個克當量）則其當量濃度為0.5N。

當兩種物質完全作用時，它們的克當量數相等。這就是當量定律。

如果反應在溶液中進行，當兩種溶液恰好完全作用時，那麼這兩種溶液中所含溶質的克當量數也必然相等。

設n₁為第一種溶液的當量濃度，n₂為第二種溶液的當量濃度，當兩種溶液中的溶質完全作用時，用去第一種溶液為V₁升，第二種溶液為V₂升。

那麼，V₁n₁為第一種溶液V₁升中所含溶質的克當量數，V₂n₂為第二種溶液V₂升中所含溶質的克當量數。

即有V₁n₁=V₂n₂，這個公式在生產實踐和科學實驗中常用來進行計算溶液之間反應時所需溶液的體積，溶液的當量濃度，以及溶質的重量。

熱功當量，指熱量與功的單位之間的數量關係， 熱功當量的單位有J/kal、kg·N·m/kcal等 ^[3]  。

熱量和功這兩個物理量，實質上是以不同形式傳遞的能量，它們具有相同的單位，即能量的單位焦耳（J）。然而，在沒有認識熱的本質以前，歷史上曾經對熱量的計量另有規定。熱量的單位用卡路里，簡稱卡，1克純水在1大氣壓下温度升高1℃所吸收的熱量為1卡。焦耳認為熱量和功之間應當有一定的當量關係，即熱量的單位卡和功的單位焦耳間有一定的數量關係。從1840年到1879年近40年的時間內，焦耳利用電熱量熱法和機械量熱法進行了大量的實驗，最終精確地求得了功和熱量互相轉換的數值關係——熱功當量。如果用W表示電功或機械功，用Q表示這一切所對應的熱量，則功和熱量之間的關係可寫成W=JQ，J即為熱功當量。

目前國際上對卡和焦耳的關係有兩種規定：1熱工程卡=4.1868焦耳；1熱化學卡=4.1840焦耳。國際上把“卡”僅作為能量的一種輔助單位，並建議一般不使用“卡”。國際單位制規定，功、能和熱量一律使用焦耳為單位。雖然熱功當量的數值現已逐漸為人們所少用，但是，熱功當量的實驗及其在物理學發展史上所起的作用是不可磨滅的

TNT當量，常用於核爆炸時所釋放能量與TNT炸藥爆炸能量的比較。

TNT當量法和TNO模型法是蒸氣雲爆炸模擬方法中的兩個典型模型。TNT當量法是把氣雲爆炸的破壞作用轉化成TNT爆炸的破壞作用，從而把蒸氣雲的量轉化成TNT當量。TNT當量法簡單易行，但有其明顯缺陷 ^[4]  ：

（1）TNT爆炸時爆源體積可忽略，而蒸氣雲較大不能忽略，且隨着爆炸的進行，爆源體積在增大。

（2）TNT爆炸時能量是瞬間釋放的，而蒸氣雲爆炸過程中能量的釋放速率是有限的。

（3）TNT爆炸過程形成的衝擊波強度大，但衰減速度快，而蒸氣雲爆炸多屬爆燃過程，正壓作用時間較短，負壓作用時間較長。因而TNT當量法只適用於很強的蒸氣雲爆炸且用以模擬爆炸遠場時偏差較小，模擬爆炸近場時高估蒸氣雲爆炸產生的超壓。

（4）TNT當量法的當量係數難以確定，可變性大（0.02%-15.9%）

核彈爆炸時，釋放的能量比採用化學炸藥的常規彈藥大得多。1千克鈾裂變釋放的能量相當於2萬噸TNT炸藥爆炸時放出的能量。核武器按作戰任務使用範圍可分為戰略核武器、戰役戰術核武器；按當量大小可分為千萬噸級、百萬噸級、十萬噸級、萬噸級、千噸級和百噸級，美蘇於80年代末開始研製當量小到10噸級、大到百噸級的微型超微型核彈頭及當量可調核彈頭。

核武器的威力指爆炸時釋放的總能量，通常用TNT當量（梯恩梯當量）度量。它表示產生同樣能量所需的TNT炸藥的重量；常用噸、千噸或百萬噸TNT當量表示，有時簡稱“當量”，1噸TNT炸藥爆炸釋放的能量約為4183MJ。外軍現裝備的核武器已形成不同威力的完整系列。特大當量核武器，如前蘇聯的SS-9型洲際戰略導彈，單彈頭當量為2500萬噸；最小的核武器，如美國的w54特種核地雷，當量僅為10噸。

當量可調 核彈的當量是可以調節的。在純裂變裝置中，若改變鏈式反應的引發時間或變換彈芯，就能改變當量。鏈式反應是由中子源引發的，如改變中子源狀態，也可實現當量可調。在具有一級或多級聚變反應的熱核武器中，控制氚的用量或更換彈芯，即可改變當量。此外，也可採用控制附加的聚變級是否點火的機械措施，即控制是否點燃聚變裝藥，便可調節核爆炸當量的大小。

核武器的重量和當量：世界上第一個核爆炸裝置，代號“大男孩”的鈈裝藥約重6.1千克。由重約2 268千克高能炸藥內向爆炸將其壓縮到一起，於1945年7月16日上午5時24分，在新墨西哥州阿拉莫戈夫的“三一”試驗場內的一個30米高的鐵塔上進行試驗，當量為2.2±0.2萬噸。鈈裝藥實際大小同柚子差不多，而鈾反射層和高能化學炸藥使爆炸裝置尺寸重量大大增加。核裝藥、反射層和高能炸藥固定在一個由12塊五邊形構成的金屬球內，各五邊形用螺栓互相連接組成一個球體。

1、“當量值”與“等價值”的基本概念：“當量值”，是一個計量單位的能源本身所具有的熱量。而“等價值”則是生產一個單位的能源產品所消耗的另外一種能源產品的熱量。目前，這個規定主要體現在電力產品的消費量折標計算上 ^[5]  。

2、能耗核算中關於“當量值”和“等價值”計算的有關規定：為了與世界接軌，同時便於和歷史資料對比，我國統計制度明確規定，計算國家、省、市級的能源消費總量時，電力採用等價值（即當年每發一千瓦小時電消費的標準煤量，2006年山西省平均每發一千瓦小時電消費345克標準煤，也就是每萬千瓦小時電折3.45噸標準煤）核算；而基層企業計算能源消費量時，電力則採用當量值（即每千瓦小時電本身的熱量860大卡/7000大卡=0.1229克標準煤量，也就是每萬千瓦小時電折1.229噸標煤）核算。因此，目前各省、市能源消費總量都是採用等價值口徑核算的，而規模以上工業企業能源消費量是採用當量值口徑核算的，兩者間由於電力的折標準煤系數不同，由此計算出的能源消費總量和單位增加值能耗也不同，有時差別會很大，不能直接對比。