Как да изчислим нормалността на решение

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.

Нормалността , която е представена с буквата N , е единица за химическа концентрация, която изразява броя на еквивалентите на разтворено вещество във всеки литър разтвор. Изразява се в единици eq.L -1 или eq/L, което се чете като „нормално“ (т.е. концентрация 0,1 eq/L се чете като 0,1 нормално). Това е много полезна единица за концентрация, която значително улеснява стехиометричните изчисления, независимо какъв реагент се използва.

Това обаче е и единица за концентрация, която може да доведе до малко объркване, особено след като един и същ разтвор може да има повече от една нормална концентрация. Това е така, защото концепцията за броя на еквивалентите зависи от това за какво се използва разтвореното вещество или в какви видове химични реакции ще участва.

Следващите раздели обясняват подробно как да изчислите нормалността от различни данни, включително други единици за концентрация.

Формули за изчисляване на нормалността

Формулите за изчисляване на нормалността са много подобни на тези за моларност. Математическата форма на определението за нормалност е:

Как да изчислим нормалността на решение

където n екв. разтвореното вещество представлява броя на еквивалентите на разтвореното вещество и V разтвор представлява обемът на разтвора, изразен в литри. Ако броят на еквивалентите не е известен предварително, а масата на разтвореното вещество (много често срещана ситуация), тогава можем да се възползваме от факта, че броят на еквивалентите се изчислява като масата, разделена на еквивалентното тегло. Замествайки това във формулата по-горе, получавате:

Как да изчислим нормалността на решение

Където PE разтворено вещество (еквивалентното тегло на разтвореното вещество) представлява теглото в грамове на 1 еквивалент разтворено вещество.

Еквивалентното тегло на дадено вещество се дава от неговата моларна маса, разделена на цяло число, което представлява броя на еквивалентите за всеки мол от веществото и което ще наричаме ω (гръцката буква омега). Тоест:

Как да изчислим еквивалентното тегло

Комбинирайки това уравнение с предишното, получаваме:

Как да изчислим нормалността на решение

Което може да се използва за изчисляване на нормалността от масата на разтвореното вещество, неговата моларна маса (или молекулно тегло, въпреки че не е абсолютно същото) и обема на разтвора. Освен това трябва да се знае ω за разтвореното вещество и това е мястото, където се крие основният източник на объркване по отношение на нормалността, тъй като ω може да има различни стойности за едно и също разтворено вещество.

Концепцията за броя на еквивалентите

Ключът към разбирането на концепцията за броя на еквивалентите и всъщност причината, поради която „нормалната“ концентрация или нормалност се нарича така, се крие в ω. Този брой зависи от употребата, за която се използва разтвореното вещество или химичната реакция, в която ще участва.

За всеки тип голяма химическа реакция, която включва поне две химични вещества, можем да дефинираме това, което ще наречем „нормален“ реагент, което не е нищо повече от общ термин, който използваме, за да идентифицираме реагента, който участва в най-простата възможна версия от типа.особена реакция.

Например , ако говорим за киселинно-алкална реакция , най-простият случай би бил този, при който всяка монопротонова киселина (НА) реагира с едноосновна основа (В), за да даде съответните конюгатни двойки съгласно следната реакция:

нормална киселинно-алкална реакция

Монопротонната киселина HA и моноосновната основа B са това, което бихме нарекли съответно нормална киселина и основа. Това означава, че всяка киселина като HCl или HNO3 е нормална киселина и всяка основа като NaOH или NH3 би била пример за нормална основа.

Ако сега разгледаме киселина като сярна киселина (H 2 SO 4 ), която е дипротична, реакцията с нормална основа ще бъде:

Взаимодействие на дипротонова киселина с нормална основа

Както виждаме, всеки мол от тази киселина е „еквивалентен“ на 2 мола нормална киселина , тъй като консумира два мола нормална основа. Следователно казваме, че броят на еквивалентите на мол сярна киселина е 2 (ω=2 eq/mol). Поради тази причина 0,1 моларен разтвор на H 2 SO 4 е еквивалентен на 0,2 моларен разтвор на нормална киселина, така че казваме, че нормалността на споменатия разтвор е 0,2.

С други думи, можем да предефинираме концепцията за нормалност като еквивалентна моларна концентрация, която нормален реагент би имал, участвайки в същия тип химична реакция като разтвореното вещество .

Киселинно-алкалните реакции са само един пример за типична химическа реакция. Има и други реакции и за всяка от тях има определен начин за определяне на нормалния реагент (т.е. за определяне на ω). Следващата таблица показва как ω се определя за всеки тип разтворено вещество в зависимост от реакцията, в която ще участва:

тип химична реакция тип реагент Брой еквиваленти на мол (ω)
Реакции на солева метатеза йонни соли ω се дава от общия брой положителни или отрицателни заряди в неутралната сол (и двете числа са еднакви). Изчислява се чрез умножаване на броя на катионите по техния заряд или броя на анионите по техния.
Киселинно-основни реакции киселини ω се дава от броя на водородите, които се отказват в реакцията.
  Бази ω се дава от броя водороди, които може да улови
Редокс реакции окислители ω се дава от броя на електроните, уловени от всяка молекула на окислителя в балансираната полуреакция на редукция.
  редуциращи агенти ω се дава от броя на електроните, които всяка молекула редуциращ агент отдава в балансираната полуреакция на окисление.
Разтвори, които не участват в реакции ——- ω струва 1 eq/mol

Кога се използва нормалността?

Нормалността се използва главно в ситуации, включващи химични реакции в разтвор, тъй като те улесняват стехиометричните изчисления, без да е необходимо да се пишат балансирани или балансирани химични реакции.

Поради начина, по който се определя броят на еквивалентите на мол, броят на еквивалентите на единия реагент винаги ще бъде равен на броя на еквивалентите на другия, когато те реагират в стехиометрични съотношения.

Тъй като броят на еквивалентите може лесно да бъде намерен от нормалността и обема на разтвора, можем да извършим стехиометрични изчисления много бързо, без да се притесняваме за подробностите на реакцията.

Това е особено практично при обемни титрувания или титрувания, тъй като в точката на еквивалентност на титруването винаги ще е вярно, че:

точка на еквивалентност

И замествайки еквивалентите с произведението на нормалността по обема, получаваме:

уравнение на титруване

Как да изчислим нормалността на решение

Как да изчислим нормалността от други единици за концентрация

Начална моларност (M)

Преобразуването между моларност и нормалност е много лесно, тъй като второто винаги е цяло число, кратно на първото, както е показано по-долу:

Как да изчислим нормалността на разтвор от моларността

Ако знаем моларността на даден разтвор, можем да изчислим неговите различни нормалности просто като умножим моларността по съответния брой еквиваленти на мол, ω.

От процент m/V (%m/V)

Процентът маса -обем показва масата в грамове разтворено вещество, което е на 100 mL разтвор. Като се има предвид това, нормалността, по отношение на процента маса-обем, е:

Как да изчислим нормалността на разтвор от процент маса/обем

В това уравнение коефициентът 10 идва от коефициента на преобразуване от mL в L (1000) и 100% от формулата за процента. За да се осигури последователност на единиците, процентът трябва да се дава като единица g/mL, а фактор 10 трябва да се дава ml/L.

От процент m/m (%m/m)

Единствената разлика между преобразуването на %m/V в нормалност и преобразуването на %m/m е, че трябва да умножите по плътността на разтвора, за да можете да трансформирате 100 g разтвор (от %m/m) в сила на звука. След пренареждане на уравнението и извършване на всички трансформации, формулата остава:

Как да изчислим нормалността на разтвор от маса/масов процент

където всички фактори имат същото значение както преди и d разтвор е плътността на разтвора в g/mL.

Стъпки за изчисляване на нормалността

Стъпка 1: Получете необходимите данни

В тази стъпка анализираме какви данни имаме за разтвора, разтвореното вещество или разтворителя. Това може да включва маси, брой еквиваленти, обеми, плътности или други единици за концентрация.

Стъпка 2: Изберете подходящата формула

След като знаем с какви данни разполагаме, можем да изберем коя от формулите да използваме. Например, ако знаем обема на разтвора и броя на еквивалентите, използваме първата формула, но ако знаем процента m/m и плътността, използваме втората.

Стъпка 3: Анализирайте разтвореното вещество, за да определите ω

Това включва първо определяне на типа реакция, в която ще участва разтвореното вещество, за да се види дали ще му бъде присвоено ω като сол, киселина, основа или окислител или редуциращ агент. Има случаи, в които едно и също съединение може да реагира по различни начини. Например, калиевият дихромат (K 2 Cr 2 O 7 ) е едновременно основна сол и окислител, така че може да му бъде присвоено ω, сякаш е основа, сол или окислител.

СЪВЕТ: Ако нямате информация за какво ще се използва, общото правило е, че солите винаги се третират като соли, дори ако са киселини, основи, окислители или редуциращи агенти. Същото е и с молекулните (нейонни) разтворени вещества, като в този случай се приема ω=1.

Стъпка 4: Приложете формулата

Имайки ω и цялата друга информация, всичко, което остава, е да приложим формулата. Единственият детайл, който трябва да вземем предвид, е, че трябва да сме сигурни, че имаме всички променливи в правилните единици, така че нашите изчисления да са последователни.

Примери за изчисляване на нормалността

Пример 1

Определете нормалността на разтвор, приготвен чрез разтваряне на 350 mg натриев сулфат (Na 2 SO 4 ) в 150 mL разтвор.

РЕШЕНИЕ:

Стъпки 1 и 2: В този случай имаме масата на разтвореното вещество (350 mg) и обемът на разтвора (150 ml), така че ще използваме уравнение 3:

Пример за изчисляване на нормалността на решение

Освен това, като се използват атомните маси на натрий, сяра и кислород, моларната маса на солта се определя на 142 g/mol.

Стъпка 3: Натриевият сулфат е сол, съставена от два Na + катиона и един SO 4 2- анион . Следователно ω в този случай е на стойност 2x(1)=1x(2)=2 eq/mol.

Стъпка 4: Накрая данните се заместват, извършват се преобразувания в грамове и литри и се изчислява нормалността:

Пример за изчисляване на нормалността на решение

Следователно разтворът има нормална концентрация на натриев сулфат 0,0329.

Пример 2

Определете нормалността на разтвор, приготвен чрез разреждане на 10 mL от 25% m/v концентриран разтвор на фосфорна киселина до краен обем от 250 mL.

РЕШЕНИЕ:

Стъпки 1 и 2: В този случай започвате с концентриран разтвор, който се разрежда. Можем да изчислим нормалността на първия разтвор и след това да изчислим нормалността на разредения разтвор или първо да извършим разреждането и по-късно преобразуването към нормалност. В този пример ще го направим по последния начин.

Тъй като това е разреждане, се прилага формулата за разреждане, която е:

Пример за изчисляване на нормалността на решение

Откъде се изчиства концентрацията на разредения разтвор, която ни интересува:

Пример за изчисляване на нормалността на решение

Нуждаем се също от моларната маса на разтвореното вещество (H 3 PO 4 ), която е 98,0 g/mol. С тях можем да изчислим нормалността, използвайки формулата на уравнение 5:

Пример за изчисляване на нормалността на решение

Стъпка 3: Фосфорната киселина е киселина, така че ω се дава от броя на йонизиращите се протони, които съдържа. Тъй като това е трипротична киселина, тогава ω=3 eq/mol.

Стъпка 4: Прилагаме формулата:

Пример за изчисляване на нормалността на решение

Следователно разреденият разтвор има нормална концентрация на фосфорна киселина 0,306.

Пример 3

Определете нормалността на 0,05 моларен разтвор на Ca 2+ йони .

РЕШЕНИЕ:

Това е частен и доста често срещан случай, тъй като много пъти това, което има значение, е концентрацията на определен йон, а не тази на пълна сол. Когато това се случи, всичко се прави по същия начин, с изключение на това, че броят еквиваленти на мол просто се приема като заряд на йона, в този случай 2.

Тъй като в този случай моларността е известна, тогава използваме уравнение 4:

Пример за изчисляване на нормалността на решение

И накрая, разтворът има нормална концентрация на калциеви йони от 0,1.

Препратки

Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Химия (11-то издание). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Нормалност . (2020 г., 12 юни). Сървър на Аликанте. https://glosarios.servidor-alicante.com/quimica/normalidad

quimicas.net. (n.d.). Примери за нормалност . https://www.quimicas.net/2015/05/ejemplos-de-normalidad.html

UNAM CCH „Изток“. (2019 г., 23 септември). Нормална концентрация . Slideshare. https://es.slideshare.net/Amon_Ra_C/normal-concentration

Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados