Hur man beräknar normaliteten för en lösning

Normalitet , som representeras av bokstaven N , är en enhet för kemisk koncentration som uttrycker antalet ekvivalenter av ett löst ämne i varje liter lösning. Det uttrycks i enheter av eq.L ^-1 eller eq/L som läses ”normal” (dvs en koncentration på 0,1 eq/L läses 0,1 normal). Det är en mycket användbar koncentrationsenhet som i hög grad underlättar stökiometriska beräkningar oavsett vilket reagens som används.

Det är dock också en koncentrationsenhet som kan leda till lite förvirring, särskilt eftersom samma lösning kan ha mer än en normal koncentration. Detta beror på att begreppet antal ekvivalenter beror på vad det lösta ämnet används till eller vilka typer av kemiska reaktioner det kommer att delta i.

Följande avsnitt förklarar i detalj hur man beräknar normalitet från olika data, inklusive andra koncentrationsenheter.

Formler för att beräkna normalitet

Formlerna för att beräkna normalitet är mycket lika dem för molaritet. Den matematiska formen för definitionen av normalitet är:

där n _{ekv. löst ämne} representerar antalet lösta ekvivalenter och V- _lösning representerar volymen av lösningen uttryckt i liter. Om antalet ekvivalenter inte är känt i förväg men massan av det lösta ämnet (en mycket vanlig situation) så kan vi dra fördel av att antalet ekvivalenter beräknas som massan dividerat med ekvivalentvikten. Genom att ersätta detta med formeln ovan får du:

Där PE _{löst ämne} (ekvivalentvikten av löst ämne) representerar vikten i gram av 1 ekvivalent löst ämne.

Ekvivalentvikten för ett ämne ges av dess molära massa dividerat med ett heltal som representerar antalet ekvivalenter för varje mol av ämnet, och som vi kommer att kalla ω (den grekiska bokstaven omega). Det vill säga:

Om vi ​​kombinerar denna ekvation med den föregående får vi:

Som kan användas för att beräkna normalitet från massan av det lösta ämnet, dess molära massa (eller molekylvikt, även om det inte är strikt samma) och volymen av lösningen. Dessutom behöver man veta ω för det lösta ämnet, och det är här den huvudsakliga källan till förvirring angående normalitet ligger, eftersom ω kan ha olika värden för samma lösta ämne.

Begreppet antalet ekvivalenter

Nyckeln till att förstå konceptet med antalet ekvivalenter, och faktiskt anledningen till att ”normal” koncentration eller normalitet kallas så, ligger i ω. Detta antal beror på användningen som det lösta ämnet används för eller den kemiska reaktionen i vilken den kommer att delta.

För varje typ av större kemisk reaktion som involverar minst två kemiska ämnen, kan vi definiera vad vi kommer att kalla den ”normala” reaktanten, vilket inte är något annat än en generisk term som vi använder för att identifiera reaktanten som deltar i enklast möjliga version av typen speciell reaktion.

Till exempel , om vi talar om en syra-bas-reaktion , skulle det enklaste fallet vara ett där vilken monoprotisk syra (HA) som helst reagerar med en monobasisk bas (B), för att ge respektive konjugatpar enligt följande reaktion:

Den monoprotiska syran HA och den monobasiska basen B är vad vi skulle kalla en normal syra respektive bas. Detta betyder att vilken syra som helst som HCl eller HNO3 _är en normal syra, och vilken bas som helst som NaOH eller NH3 _skulle vara ett exempel på en normal bas.

Om vi ​​nu betraktar en syra som svavelsyra (H ₂ SO ₄ ) som är diprotisk, skulle reaktionen med en normal bas vara:

Som vi kan se är varje mol av denna syra ”ekvivalent” med 2 mol av en normal syra , eftersom den förbrukar två mol av en normal bas. Därför säger vi att antalet ekvivalenter per mol svavelsyra är 2 (ω=2 ekv/mol). Av denna anledning är en 0,1 molar lösning av H ₂ SO ₄ ekvivalent med en 0,2 molar lösning av en normal syra, så vi säger att normaliteten för nämnda lösning är 0,2.

Med andra ord kan vi omdefiniera begreppet normalitet som den ekvivalenta molkoncentrationen som en normal reaktant skulle ha deltar i samma typ av kemisk reaktion som det lösta ämnet .

Syra-bas-reaktioner är bara ett exempel på en typisk kemisk reaktion. Det finns andra reaktioner och för var och en av dem finns det ett speciellt sätt att definiera den normala reaktanten (det vill säga att definiera ω). Följande tabell visar hur ω bestäms för varje typ av löst ämne, beroende på vilken reaktion den kommer att vara involverad i:

När används normalitet?

Normalitet används främst i situationer som involverar kemiska reaktioner i lösning, eftersom de underlättar stökiometriska beräkningar utan att behöva skriva balanserade eller balanserade kemiska reaktioner.

På grund av hur antalet ekvivalenter per mol definieras, kommer antalet ekvivalenter av en reaktant alltid att vara lika med antalet ekvivalenter av den andra när de reagerar i stökiometriska förhållanden.

Eftersom antalet ekvivalenter lätt kan hittas från normaliteten och lösningens volym, kan vi utföra stökiometriska beräkningar mycket snabbt utan att oroa oss för detaljerna i reaktionen.

Detta är särskilt praktiskt vid volymetriska titreringar eller titreringar, eftersom, vid titreringens ekvivalenspunkt, det alltid kommer att vara sant att:

Och genom att ersätta ekvivalenterna med produkten av normaliteten med volymen får vi:

Hur man beräknar normalitet från andra koncentrationsenheter

Startmolaritet (M)

Att konvertera mellan molaritet och normalitet är mycket lätt, eftersom den andra alltid är en heltalsmultipel av den första som visas nedan:

Om vi ​​vet molariteten för en lösning kan vi beräkna dess olika normaliteter helt enkelt genom att multiplicera molariteten med respektive antal ekvivalenter per mol, ω.

Från procent m/V (%m/V)

Mass – volymprocenten anger massan i gram löst ämne som är per 100 ml lösning. Med hänsyn till detta är normaliteten, i termer av mass-volymprocent,:

I denna ekvation kommer faktorn 10 från omvandlingsfaktorn från ml till L (1000) och 100 % från procentformeln. För att säkerställa enhetskonsistens bör procent ges enheter av g/ml och faktor 10 bör ges ml/L.

Från procent m/m (%m/m)

Den enda skillnaden mellan att omvandla %m/V till normalitet och att omvandla %m/m är att man måste multiplicera med lösningens densitet för att kunna omvandla de 100 g lösning (av %m/m) till volym. Efter att ha ordnat om ekvationen och gjort alla transformationer kvarstår formeln:

där alla faktorer har samma betydelse som tidigare och d _lösning är lösningens densitet i g/mL.

Steg för att beräkna normalitet

Steg 1: Skaffa nödvändig information

I det här steget analyserar vi vilka data vi har om lösningen, det lösta ämnet eller lösningsmedlet. Detta kan innefatta massor, antal ekvivalenter, volymer, densiteter eller andra koncentrationsenheter.

Steg 2: Välj lämplig formel

När vi vet vilken data vi har kan vi välja vilken av formlerna vi ska använda. Om vi ​​till exempel känner till lösningens volym och antalet ekvivalenter använder vi den förra formeln, men om vi vet procenten m/m och densiteten använder vi den senare.

Steg 3: Analysera det lösta ämnet för att bestämma ω

Detta innebär att först bestämma vilken typ av reaktion det lösta ämnet kommer att delta i för att se om det kommer att tilldelas ω som ett salt, en syra, en bas eller ett oxiderande eller reduktionsmedel. Det finns fall där samma förening kan reagera på olika sätt. Till exempel är kaliumdikromat (K ₂ Cr ₂ O ₇ ) både ett basiskt salt och ett oxidationsmedel, så det skulle kunna tilldelas ω som om det vore en bas, ett salt eller ett oxidationsmedel.

TIPS: Om du inte har information om vad den ska användas till är den allmänna regeln att salter alltid behandlas som salter, även om de är syror, baser, oxidationsmedel eller reduktionsmedel. Samma sak med molekylära (nonjoniska) lösta ämnen, i vilket fall ω=1 tas.

Steg 4: Använd formeln

Med ω och all annan information återstår bara att tillämpa formeln. Den enda detaljen att ta hänsyn till är att vi måste se till att vi har alla variabler i rätt enheter så att våra beräkningar är konsekventa.

Exempel på normalitetsberäkning

Exempel 1

Bestäm normaliteten för en lösning framställd genom att lösa 350 mg natriumsulfat (Na ₂ SO ₄ ) i 150 ml lösning.

LÖSNING:

Steg 1 och 2: I det här fallet har vi massan av det lösta ämnet (350 mg) och volymen av lösningen (150 ml), så vi använder ekvation 3:

Dessutom, med hjälp av atommassorna av natrium, svavel och syre, bestäms den molära massan av saltet till 142 g/mol.

Steg 3: Natriumsulfat är ett salt som består av två Na ⁺ -katjoner och en SO ₄ ^2- anjon . Därför är ω i detta fall värd 2x(1)=1x(2)=2 ekv/mol.

Steg 4: Slutligen ersätts data, omvandlingarna till gram och liter utförs och normaliteten beräknas:

Därför har lösningen en normal koncentration av natriumsulfat på 0,0329.

Exempel 2

Bestäm normaliteten för en lösning framställd genom att späda 10 mL av en 25 % m/v koncentrerad fosforsyralösning till en slutlig volym av 250 mL.

LÖSNING:

Steg 1 och 2: I det här fallet börjar du med en koncentrerad lösning som späds ut. Vi kan beräkna normaliteten för den första lösningen och sedan beräkna normaliteten för den utspädda lösningen, eller utföra utspädningen först och omvandlingen till normalitet senare. I det här exemplet kommer vi att göra det på det senare sättet.

Eftersom det är en utspädning tillämpas utspädningsformeln, vilken är:

Varifrån koncentrationen av den utspädda lösningen rensas, vilket är den som intresserar oss:

Vi behöver också molmassan för det lösta ämnet (H ₃ PO ₄ ) som är 98,0 g/mol. Med dessa kan vi beräkna normaliteten med formeln i ekvation 5:

Steg 3: Fosforsyra är en syra, så ω ges av antalet joniserbara protoner den innehåller. Eftersom det är en triprotisk syra är ω=3 ekv/mol.

Steg 4: Vi tillämpar formeln:

Därför har den utspädda lösningen en normal koncentration av 0,306 av fosforsyra.

Exempel 3

Bestäm normaliteten för en 0,05 molar lösning av Ca ²⁺ -joner .

LÖSNING:

Detta är ett speciellt och avsevärt vanligt fall, eftersom det många gånger som spelar roll är koncentrationen av en viss jon och inte koncentrationen av ett komplett salt. När detta händer görs allt på samma sätt, förutom att antalet ekvivalenter per mol helt enkelt tas för att vara laddningen på jonen, i detta fall 2.

Eftersom molariteten i det här fallet är känd använder vi ekvation 4:

Slutligen har lösningen en normal koncentration av 0,1 kalciumjoner.

Referenser

Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Chemistry (11:e upplagan). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Normalitet . (2020, 12 juni). Alicante server. https://glosarios.servor-alicante.com/quimica/normalidad

quimicas.net. (n.d.). Exempel på normalitet . https://www.quimicas.net/2015/05/ejemplos-de-normalidad.html

UNAM CCH ”Öst.” (2019, 23 september). Normal koncentration . Slideshare. https://es.slideshare.net/Amon_Ra_C/normal-concentration