솔루션의 정규성을 계산하는 방법

문자 N 으로 표시되는 정상도 는 용액 1리터당 용질의 당량 수를 나타내는 화학 농도 단위입니다 . ^{이는 eq.L -1} 또는 “정상”으로 표시되는 eq/L 단위로 표시됩니다 (즉, 농도 0.1 eq/L은 0.1 정상으로 표시됨). 매우 유용한 농도 단위로 어떤 시약을 사용하든 상관없이 화학양론적 계산을 크게 용이하게 합니다.

그러나 특히 동일한 용액이 하나 이상의 정상 농도를 가질 수 있기 때문에 약간의 혼란을 초래할 수 있는 농도 단위이기도 합니다. 당량 수의 개념은 용질이 어떤 용도로 사용되는지 또는 어떤 유형의 화학 반응에 참여할 것인지에 따라 달라지기 때문입니다.

다음 섹션에서는 다른 농도 단위를 포함하여 다른 데이터에서 정규성을 계산하는 방법을 자세히 설명합니다.

정규성을 계산하는 공식

정규도를 계산하는 공식은 몰농도를 계산하는 공식과 매우 유사합니다. 정규성 정의의 수학적 형식은 다음과 같습니다.

여기서 n _{eq. 용질은} 용질 당량의 수를 나타내고 V _용액은 리터로 표시되는 용액의 부피를 나타냅니다. 당량수가 사전에 알려지지 않고 용질의 질량(매우 일반적인 상황)인 경우 당량수가 질량을 당량으로 나눈 값으로 계산된다는 사실을 이용할 수 있습니다. 이것을 위의 공식에 대입하면 다음과 같이 됩니다.

여기서 PE _용질 (용질의 당량)은 용질 1당량의 그램 단위 중량을 나타냅니다.

물질의 당량은 몰 질량을 물질의 각 몰에 대한 당량 수를 나타내는 정수로 나눈 값으로 주어지며 이를 ω(그리스 문자 오메가)라고 합니다. 즉 말하자면:

이 방정식을 이전 방정식과 결합하면 다음을 얻습니다.

용질의 질량 , 몰 질량(또는 분자량은 엄밀히 동일하지는 않지만 분자량) 및 용액의 부피 로부터 정규성을 계산하는 데 사용할 수 있습니다 . 또한, 용질에 대해 ω를 알아야 하는데, 동일한 용질에 대해 ω가 다른 값을 가질 수 있기 때문에 정상성에 대한 혼동의 주요 원인이 여기에 있습니다.

등가 수의 개념

당량 수의 개념을 이해하는 열쇠, 그리고 실제로 “정상” 농도 또는 정규성이 소위 말하는 이유는 ω에 있습니다. 이 숫자는 용질이 사용되는 용도 또는 참여할 화학 반응에 따라 다릅니다.

적어도 두 가지 화학 물질을 포함하는 주요 화학 반응의 각 유형에 대해 “정상” 반응물이라고 부르는 것을 정의할 수 있습니다. 유형의 특정 반응.

예를 들어 산-염기 반응 에 대해 이야기하는 경우 가장 간단한 경우는 단일 양성자산 (HA) 이 일 염기성 염기 (B)와 반응하여 다음 반응에 따라 각 짝쌍을 생성하는 것입니다.

일양성자산 HA와 일염기성 염기 B는 우리가 각각 정상적인 산과 염기라고 부르는 것입니다. _{이것은 HCl 또는 HNO 3} 와 같은 모든 산이 정상적인 산이고 NaOH 또는 NH ₃ 와 같은 모든 염기가 정상적인 염기의 예임을 의미합니다.

_{이제 이양자성인 황산(H 2} SO ₄ ) 과 같은 산을 고려한다면 정상 염기와의 반응은 다음과 같습니다.

보시다시피, 이 산 1몰은 정상 염기 2몰을 소모하기 때문에 정상 산 2몰과 “등가”입니다 . 따라서 황산 1몰당 당량은 2(ω=2 eq/mol)라고 합니다. 이러한 이유로 0.1몰의 H ₂ SO ₄ 용액 은 0.2몰의 노르말 산 용액과 같으므로 해당 용액의 규정도를 0.2라고 합니다.

다시 말해, 정상 반응물이 용질과 동일한 유형의 화학 반응에 참여하는 등가 몰 농도 로 정상도의 개념을 재정의할 수 있습니다 .

산-염기 반응은 일반적인 화학 반응의 한 예일 뿐입니다. 다른 반응이 있고 각각에 대해 일반 반응물을 정의하는 특정 방법(즉, ω를 정의하는 방법)이 있습니다. 다음 표는 관련된 반응에 따라 각 유형의 용질에 대해 ω가 어떻게 결정되는지 보여줍니다.

정규성은 언제 사용됩니까?

정규성은 균형 또는 균형 화학 반응을 작성할 필요 없이 화학양론적 계산을 용이하게 하므로 용액 내 화학 반응과 관련된 상황에서 주로 사용됩니다.

몰당 당량 수가 정의되는 방식 때문에 한 반응물의 당량 수는 화학양론적 비율로 반응할 때 항상 다른 반응물의 당량 수와 같습니다.

당량의 수는 용액의 정규성과 부피로부터 쉽게 찾을 수 있기 때문에 반응의 세부 사항을 걱정하지 않고 매우 빠르게 화학양론적 계산을 수행할 수 있습니다.

이것은 적정의 당량점에서 다음이 항상 사실이기 때문에 부피 적정 또는 적정에서 특히 실용적입니다.

그리고 등가물을 정규성 곱으로 부피로 대체하면 다음을 얻습니다.

다른 농도 단위에서 정규성을 계산하는 방법

출발 몰농도(M)

몰농도와 정규도 사이를 변환하는 것은 매우 쉽습니다. 두 번째는 아래와 같이 항상 첫 번째의 정수배이기 때문입니다.

용액의 몰농도를 안다면 단순히 몰농도에 각각의 몰당 당량 수 ω를 곱하여 용액의 다양한 정상도를 계산할 수 있습니다.

백분율 m/V(%m/V)에서

질량 – 부피 백분율은 용액 100mL당 용질의 그램 단위 질량을 나타냅니다. 이를 고려하면 질량-부피 백분율 측면에서 정규성은 다음과 같습니다.

이 방정식에서 계수 10은 mL에서 L(1000)로의 변환 계수 에서 , 100%는 백분율 공식에서 나옵니다. 단위 일관성을 보장하기 위해 백분율은 g/mL 단위로 제공되어야 하며 계수 10은 ml/L로 제공되어야 합니다.

백분율 m/m(%m/m)부터

%m/V를 정규성으로 변환하는 것과 %m/m을 변환하는 것의 유일한 차이점은 용액 100g(%m/m의)을 다음으로 변환할 수 있으려면 용액의 밀도를 곱해야 한다는 것입니다. 용량. 방정식을 재정렬하고 모든 변환을 수행한 후에도 공식은 다음과 같이 유지됩니다.

여기서 모든 요소는 이전과 동일한 의미를 가지며 d _용액 은 용액의 밀도(g/mL)입니다.

정규성을 계산하는 단계

1단계: 필요한 데이터 얻기

이 단계에서는 용액, 용질 또는 용매에 대해 가지고 있는 데이터를 분석합니다. 여기에는 질량, 등가물 수, 부피, 밀도 또는 기타 농도 단위가 포함될 수 있습니다.

2단계: 적절한 수식 선택

어떤 데이터가 있는지 알게 되면 사용할 수식을 선택할 수 있습니다. 예를 들어 용액의 부피와 당량 수를 알고 있으면 전자의 공식을 사용하지만 백분율 m/m과 밀도를 알고 있으면 후자를 사용합니다.

3단계: 용질을 분석하여 ω 결정

여기에는 먼저 용질이 참여할 반응 유형을 결정하여 ω가 염, 산, 염기 또는 산화제 또는 환원제로 할당되는지 확인하는 것이 포함됩니다. 동일한 화합물이 다른 방식으로 반응할 수 있는 경우가 있습니다. 예를 들어, 중크롬산칼륨(K ₂ Cr ₂ O ₇ )은 염기성 염이자 산화제이므로 염기, 염 또는 산화제인 것처럼 ω로 지정될 수 있습니다.

팁: 용도에 대한 정보가 없는 경우 일반적으로 염은 산, 염기, 산화제 또는 환원제일지라도 항상 염으로 취급됩니다. 분자(비이온성) 용질과 동일하며, 이 경우 ω=1이 사용됩니다.

4단계: 수식 적용

ω와 다른 모든 정보가 있으면 공식을 적용하기만 하면 됩니다. 고려해야 할 유일한 세부 사항은 계산이 일관되도록 모든 변수가 올바른 단위로 되어 있는지 확인해야 한다는 것입니다.

정규성 계산의 예

예 1

150 mL의 용액에 350 mg의 황산나트륨(Na ₂ SO _{4 )을 녹여서 준비한 용액의 규정도를 결정하십시오.}

해결책:

1단계 및 2단계: 이 경우 용질의 질량(350mg)과 용액의 부피(150mL)가 있으므로 방정식 3을 사용합니다.

또한 나트륨, 황 및 산소의 원자 질량을 사용하여 염의 몰 질량은 142g/mol로 결정됩니다.

3단계: 황산나트륨은 2개의 Na ⁺ 양이온 과 1개의 SO ₄ ^2- 음이온 으로 구성된 염입니다 . 따라서 이 경우 ω는 2x(1)=1x(2)=2 eq/mol의 가치가 있습니다.

4단계: 마지막으로 데이터가 대체되고 그램과 리터로의 변환이 수행되고 정규성이 계산됩니다.

따라서 용액은 정상 농도인 0.0329의 황산나트륨을 가집니다.

예 2

25% m/v 농축 인산 용액 10mL를 최종 부피 250mL로 희석하여 준비된 용액의 정상도를 결정합니다.

해결책:

1단계 및 2단계: 이 경우 희석된 농축 용액으로 시작합니다. 첫 번째 용액의 정규성을 계산한 다음 희석된 용액의 정규성을 계산하거나 희석을 먼저 수행하고 정규성으로의 변환을 나중에 수행할 수 있습니다. 이 예에서는 후자의 방식으로 수행합니다.

희석이므로 다음과 같은 희석 공식이 적용됩니다.

희석 용액의 농도가 제거되는 곳에서 우리가 관심을 갖는 것입니다.

우리는 또한 98.0 g/mol인 용질(H ₃ PO _{4 )의 몰 질량이 필요합니다.} 이를 통해 방정식 5의 공식을 사용하여 정규성을 계산할 수 있습니다.

3단계: 인산은 산이므로 ω는 포함된 이온화 가능한 양성자의 수로 지정됩니다. 삼양자성 산이므로 ω=3 eq/mol입니다.

4단계: 공식을 적용합니다.

따라서 희석액의 정상 농도는 0.306 인산입니다.

예 3

^{Ca 2+} 이온 의 0.05 몰 용액의 정상도를 결정하십시오 .

해결책:

중요한 것은 완전한 염의 농도가 아니라 특정 이온의 농도이기 때문입니다. 이런 일이 발생하면 몰당 당량의 수가 단순히 이온의 전하로 간주된다는 점을 제외하고는 모든 것이 동일한 방식으로 수행됩니다(이 경우 2).

이 경우 몰농도를 알고 있으므로 방정식 4를 사용합니다.

마지막으로 용액은 정상적인 0.1 농도의 칼슘 이온을 가집니다.

참조

장로영, & Goldsby, K. (2013). 화학 (11판). 맥그로힐 인터아메리카나 데 에스파냐 SL

정상성 . (2020년 6월 12일). 알리칸테 서버. https://glosarios.servidor-alicante.com/quimica/normalidad

quimicas.net. (n.d.). 정규성의 예 . https://www.quimicas.net/2015/05/ejemplos-de-normalidad.html

UNAM CCH “동쪽.” (2019년 9월 23일). 정상 농도 . 슬라이드쉐어. https://es.slideshare.net/Amon_Ra_C/normal-concentration