Tabla de Contenidos
A normalitás , amelyet az N betű jelöl , a kémiai koncentráció mértékegysége, amely az oldat minden literében lévő oldott anyag egyenértékeinek számát fejezi ki. Ezt eq.L -1 vagy eq/L egységekben fejezik ki , ami „normális” (azaz a 0,1 eq/L koncentráció 0,1 normál érték). Ez egy nagyon hasznos koncentrációegység, amely nagyban megkönnyíti a sztöchiometrikus számításokat, függetlenül attól, hogy milyen reagenst használunk.
Ez azonban egy olyan koncentrációegység is, amely egy kis zavart okozhat, különösen azért, mert ugyanannak az oldatnak több normál koncentrációja is lehet. Ennek az az oka, hogy az egyenértékek számának fogalma attól függ, hogy az oldott anyagot mire használják fel, vagy milyen típusú kémiai reakciókban vesz részt.
A következő szakaszok részletesen elmagyarázzák, hogyan kell kiszámítani a normalitást különböző adatokból, beleértve más koncentrációs egységeket is.
Képletek a normalitás kiszámításához
A normalitás számítási képlete nagyon hasonló a molaritás számítási képletéhez. A normalitás definíciójának matematikai formája a következő:
ahol n ekv. Az oldott anyag az oldott anyag egyenértékeinek számát, a V oldat pedig az oldat térfogatát literben kifejezve. Ha az ekvivalensek számát nem ismerjük előre, hanem az oldott anyag tömegét (nagyon gyakori helyzet), akkor kihasználhatjuk, hogy az ekvivalensek számát úgy számítjuk ki, hogy a tömeg osztva az ekvivalens tömeggel. Ha ezt behelyettesítjük a fenti képletbe, a következőt kapjuk:
Ahol a PE oldott anyag (az oldott anyag ekvivalens tömege) 1 ekvivalens oldott anyag tömegét jelenti grammban.
Egy anyag ekvivalens tömegét úgy adjuk meg, hogy a moláris tömegét elosztjuk egy egész számmal, amely az anyag minden egyes móljára eső ekvivalensek számát jelenti, és amelyet ω-nek (a görög omega betűnek) nevezünk. Vagyis:
Ha ezt az egyenletet összevonjuk az előzővel, a következőt kapjuk:
Amivel az oldott anyag tömegéből , moláris tömegéből (vagy molekulatömegéből, bár nem szigorúan azonos) és az oldat térfogatából lehet normalitást számolni . Ezenkívül ismerni kell az oldott anyag ω-ját, és ez az, ahol a zavar fő forrása a normalitást illetően, mivel ω-nek különböző értékei lehetnek ugyanarra az oldott anyagra.
Az egyenértékek számának fogalma
Az ekvivalensek számának fogalmának megértésének kulcsa, és valójában az oka annak, hogy a „normális” koncentrációt vagy normalitást úgy hívják, az ω-ben rejlik. Ez a szám az oldott anyag felhasználásától vagy attól a kémiai reakciótól függ, amelyben részt vesz.
Minden olyan fő kémiai reakciótípus esetében, amely legalább két kémiai anyagot érint, meghatározhatjuk, hogy mit fogunk „normál” reagensnek nevezni, ami nem más, mint egy általános kifejezés, amelyet a lehető legegyszerűbb változatban részt vevő reagens azonosítására használunk. az adott típusú reakció.
Például , ha sav-bázis reakcióról beszélünk , akkor a legegyszerűbb eset az lenne, amikor bármely egyprotikus sav (HA) reakcióba lép egy egybázisú bázissal (B), így a megfelelő konjugátumpárokat a következő reakció szerint kapjuk:
A HA egyprotikus savat és az egybázisú B bázist normál savnak, illetve bázisnak nevezzük. Ez azt jelenti, hogy bármely sav, például a HCl vagy a HNO 3 normál sav, és bármely bázis, például a NaOH vagy az NH 3 normális bázis lehet.
Ha most egy olyan savat, például kénsavat (H 2 SO 4 ) tekintünk, amely diprotikus, a reakció normál bázissal a következő lenne:
Amint látjuk, ennek a savnak minden mólja „egyenértékű” 2 mol normál savval , mivel két mol normál bázist fogyaszt. Ezért azt mondjuk, hogy az ekvivalensek száma egy mól kénsavra 2 (ω=2 ekv/mol). Emiatt egy 0,1 mólos H 2 SO 4 oldat egyenértékű egy normál sav 0,2 mólos oldatával, ezért azt mondjuk, hogy az említett oldat normalitása 0,2.
Más szavakkal, újradefiniálhatjuk a normalitás fogalmát, mint az az egyenértékű moláris koncentráció, amelyet egy normál reagens ugyanolyan típusú kémiai reakcióban vesz részt, mint az oldott anyag .
A sav-bázis reakciók csak egy példája a tipikus kémiai reakcióknak. Léteznek más reakciók is, és mindegyiknél megvan a sajátos mód a normál reagens meghatározására (azaz ω meghatározására). A következő táblázat bemutatja, hogyan határozzák meg az ω-t az egyes oldott anyagok típusaira, attól függően, hogy milyen reakcióban vesz részt:
| kémiai reakció típusa | reagens típus | Egyenértékek száma mólonként (ω) |
| Só metatézis reakciói | ionos sók | ω-t a semleges só pozitív vagy negatív töltéseinek teljes száma adja (mindkét szám azonos). Úgy számítják ki, hogy a kationok számát megszorozzák a töltésükkel, vagy az anionok számát a töltésükkel. |
| Savas bázis reakciók | savak | ω-t a reakcióban leadott hidrogének száma adja. |
| Alapok | ω-t a felfogni képes hidrogének száma adja | |
| Redox reakciók | oxidálószerek | ω-t az egyes oxidálószer-molekulák által a kiegyensúlyozott redukciós félreakcióban befogott elektronok száma adja. |
| redukálószerek | ω-t az egyes redukálószer-molekulák által a kiegyensúlyozott oxidációs félreakcióban leadott elektronok száma adja. | |
| Oldott anyagok, amelyek nem vesznek részt a reakciókban | —- | ω értéke 1eq/mol |
Mikor használják a normalitást?
A normalitást főleg az oldatban végbemenő kémiai reakciókkal járó helyzetekben alkalmazzák, mivel megkönnyítik a sztöchiometrikus számításokat anélkül, hogy kiegyensúlyozott vagy kiegyensúlyozott kémiai reakciókat kellene írni.
A mólonkénti ekvivalensek számának meghatározása miatt az egyik reagens ekvivalenseinek száma mindig megegyezik a másik ekvivalenseinek számával, ha sztöchiometrikus arányban reagálnak.
Mivel a normalitásból és az oldat térfogatából könnyen megállapítható az ekvivalensek száma, nagyon gyorsan tudunk sztöchiometrikus számításokat végezni anélkül, hogy a reakció részletei miatt aggódnánk.
Ez különösen a térfogati titrálásoknál vagy titrálásoknál praktikus, mivel a titrálás ekvivalenciapontján mindig igaz, hogy:
És az ekvivalenseket a normalitás és a térfogat szorzatával helyettesítve kapjuk:
Hogyan számítsuk ki a normalitást más koncentrációegységekből
Kezdő molaritás (M)
A molaritás és a normalitás közötti átváltás nagyon egyszerű, mivel a második mindig az elsőnek egész számú többszöröse, amint az alább látható:
Ha ismerjük egy oldat molaritását, akkor kiszámíthatjuk különféle normalitásait egyszerűen úgy, hogy a molaritást megszorozzuk a megfelelő mólonkénti ekvivalensek számával, ω.
% m/V (%m/V)
A tömeg -térfogat százalék az oldott anyag grammban kifejezett tömegét jelöli, amely 100 ml oldatra vonatkozik. Ezt figyelembe véve a normalitás tömeg-térfogat százalékban a következő:
Ebben az egyenletben a 10-es tényező a ml-ről L-re (1000) való konverziós tényezőből és a százalékos képlet 100%-ából származik . Az egységkonzisztencia biztosítása érdekében a százalékot g/ml egységben, a 10-es faktort pedig ml/l-ben kell megadni.
%m/m százaléktól (%m/m)
Az egyetlen különbség a %m/V normalitásra váltása és a %m/m átváltása között az az, hogy meg kell szorozni az oldat sűrűségével, hogy a 100 g oldatot (a %m/m-ből) átalakíthassuk hangerő. Az egyenlet átrendezése és az összes átalakítás után a képlet marad:
ahol minden tényezőnek ugyanaz a jelentése, mint korábban, és d oldat az oldat sűrűsége g/ml-ben.
A normalitás kiszámításának lépései
1. lépés: Szerezze meg a szükséges adatokat
Ebben a lépésben elemezzük, hogy milyen adatokkal rendelkezünk az oldatról, az oldott anyagról vagy az oldószerről. Ez magában foglalhatja a tömegeket, az ekvivalensek számát, a térfogatokat, a sűrűségeket vagy a koncentráció egyéb egységeit.
2. lépés: Válassza ki a megfelelő képletet
Ha tudjuk, hogy milyen adatokkal rendelkezünk, kiválaszthatjuk, hogy melyik képletet használjuk. Például, ha ismerjük az oldat térfogatát és az ekvivalensek számát, akkor az előbbi képletet használjuk, de ha ismerjük a m/m százalékot és a sűrűséget, akkor az utóbbit.
3. lépés: Elemezze az oldott anyagot az ω meghatározásához
Ehhez először meg kell határozni a reakció típusát, amelyben az oldott anyag részt vesz, hogy kiderüljön, hogy sóként, savként, bázisként vagy oxidáló- vagy redukálószerként ω-t kap-e. Vannak esetek, amikor ugyanaz a vegyület különböző módon reagálhat. Például a kálium-dikromát (K 2 Cr 2 O 7 ) bázikus só és oxidálószer is, ezért ω-hoz rendelhető, mintha bázis, só vagy oxidálószer lenne.
TIPP: Ha nincs információja arról, hogy mire fogják használni, az általános szabály az, hogy a sókat mindig sóként kell kezelni, még akkor is, ha savak, bázisok, oxidáló- vagy redukálószerek. Ugyanez a molekuláris (nem ionos) oldott anyagokkal, ilyenkor ω=1-et veszünk.
4. lépés: Alkalmazza a képletet
ω és az összes többi információ birtokában már csak a képlet alkalmazása van hátra. Az egyetlen részlet, amit figyelembe kell venni, az az, hogy meg kell győződnünk arról, hogy minden változó a megfelelő mértékegységben van, hogy számításaink konzisztensek legyenek.
Példák normalitásszámításra
1. példa
Határozzuk meg egy olyan oldat normalitását, amelyet úgy készítünk, hogy 350 mg nátrium-szulfátot (Na 2 SO 4 ) 150 ml oldatban feloldunk.
MEGOLDÁS:
1. és 2. lépés: Ebben az esetben megvan az oldott anyag tömege (350 mg) és az oldat térfogata (150 ml), ezért a 3. egyenletet használjuk:
Ezenkívül a nátrium, kén és oxigén atomtömegének felhasználásával a só moláris tömege 142 g/mol.
3. lépés: A nátrium-szulfát két Na + kationból és egy SO 4 2- anionból álló só . Ezért ω ebben az esetben 2x(1)=1x(2)=2 ekv/mol.
4. lépés: Végül behelyettesítjük az adatokat, végrehajtjuk a grammra és literre való átalakítást, és kiszámítjuk a normalitást:
Ezért az oldatban a nátrium-szulfát normál koncentrációja 0,0329.
2. példa
Határozzuk meg egy oldat normalitását úgy, hogy 10 ml 25 m/v töménységű foszforsav oldatot 250 ml végtérfogatra hígítunk.
MEGOLDÁS:
1. és 2. lépés: Ebben az esetben egy tömény oldattal kezdje, amelyet hígítanak. Kiszámíthatjuk az első oldat normalitását, majd kiszámíthatjuk a hígított oldat normalitását, vagy először végezhetjük el a hígítást, majd később a normalitássá alakítást. Ebben a példában az utóbbi módon fogjuk megtenni.
Mivel hígításról van szó, a hígítási képletet alkalmazzák, amely a következő:
Ahonnan kitisztul a hígított oldat koncentrációja, ami minket érdekel:
Szükségünk van az oldott anyag (H 3 PO 4 ) moláris tömegére is, amely 98,0 g/mol. Ezekkel az 5-ös egyenlet képletével kiszámíthatjuk a normalitást:
3. lépés: A foszforsav egy sav, ezért ω-t a benne lévő ionizálható protonok száma adja. Mivel ez egy triprotikus sav, ezért ω=3 ekv/mol.
4. lépés: Alkalmazzuk a képletet:
Ezért a hígított oldat normál 0,306 koncentrációjú foszforsavval rendelkezik.
3. példa
Határozzuk meg a Ca 2+ -ionok 0,05 mólos oldatának normalitását !
MEGOLDÁS:
Ez egy sajátos és meglehetősen gyakori eset, mivel sokszor egy adott ion koncentrációja számít, nem pedig a teljes sóé. Amikor ez megtörténik, minden ugyanúgy történik, kivéve, hogy a mólonkénti ekvivalensek számát egyszerűen az ion töltésének tekintjük, ebben az esetben 2-nek.
Mivel ebben az esetben a molaritás ismert, akkor a 4-es egyenletet használjuk:
Végül az oldat kalciumionjainak normál koncentrációja 0,1.
Hivatkozások
Chang, R. és Goldsby, K. (2013). Kémia (11. kiadás). McGraw-Hill Interamericana de España SL
Normalitás . (2020, június 12.). Alicante szerver. https://glosarios.servidor-alicante.com/quimica/normalidad
quimicas.net. (n.d.). Példák a normalitásra . https://www.quimicas.net/2015/05/ejemplos-de-normalidad.html
UNAM CCH „Kelet.” (2019, szeptember 23.). Normál koncentráció . Slideshare. https://es.slideshare.net/Amon_Ra_C/normal-concentration
