Πώς να υπολογίσετε την κανονικότητα μιας λύσης

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


Η κανονικότητα , η οποία αντιπροσωπεύεται από το γράμμα N , είναι μια μονάδα χημικής συγκέντρωσης που εκφράζει τον αριθμό των ισοδυνάμων μιας διαλυμένης ουσίας σε κάθε λίτρο διαλύματος. Εκφράζεται σε μονάδες eq.L -1 ή eq/L που διαβάζεται “κανονικό” (δηλαδή συγκέντρωση 0,1 eq/L διαβάζεται 0,1 κανονική). Είναι μια πολύ χρήσιμη μονάδα συγκέντρωσης, που διευκολύνει πολύ τους στοιχειομετρικούς υπολογισμούς ανεξάρτητα από το αντιδραστήριο που χρησιμοποιείται.

Ωστόσο, είναι επίσης μια μονάδα συγκέντρωσης που μπορεί να οδηγήσει σε λίγη σύγχυση, ειδικά επειδή το ίδιο διάλυμα μπορεί να έχει περισσότερες από μία κανονικές συγκεντρώσεις. Αυτό συμβαίνει επειδή η έννοια του αριθμού των ισοδυνάμων εξαρτάται από το σε τι χρησιμοποιείται η διαλυμένη ουσία ή σε ποιους τύπους χημικών αντιδράσεων θα συμμετάσχει.

Οι ακόλουθες ενότητες εξηγούν λεπτομερώς τον τρόπο υπολογισμού της κανονικότητας από διαφορετικά δεδομένα, συμπεριλαμβανομένων άλλων μονάδων συγκέντρωσης.

Τύποι για τον υπολογισμό της κανονικότητας

Οι τύποι για τον υπολογισμό της κανονικότητας είναι πολύ παρόμοιοι με εκείνους για τη μοριακότητα. Η μαθηματική μορφή του ορισμού της κανονικότητας είναι:

Πώς να υπολογίσετε την κανονικότητα μιας λύσης

όπου ν εξ. Η διαλυμένη ουσία αντιπροσωπεύει τον αριθμό των ισοδυνάμων της διαλυμένης ουσίας και το διάλυμα V αντιπροσωπεύει τον όγκο του διαλύματος που εκφράζεται σε λίτρα. Εάν ο αριθμός των ισοδυνάμων δεν είναι γνωστός εκ των προτέρων αλλά η μάζα της διαλυμένης ουσίας (μια πολύ συνηθισμένη κατάσταση) τότε μπορούμε να εκμεταλλευτούμε το γεγονός ότι ο αριθμός των ισοδυνάμων υπολογίζεται ως η μάζα διαιρούμενη με το ισοδύναμο βάρος. Αντικαθιστώντας αυτό στον παραπάνω τύπο, λαμβάνετε:

Πώς να υπολογίσετε την κανονικότητα μιας λύσης

Όπου η διαλυμένη ουσία PE (το ισοδύναμο βάρος της διαλυμένης ουσίας) αντιπροσωπεύει το βάρος σε γραμμάρια 1 ισοδυνάμου διαλυμένης ουσίας.

Το ισοδύναμο βάρος μιας ουσίας δίνεται από τη μοριακή της μάζα διαιρούμενη με έναν ακέραιο που αντιπροσωπεύει τον αριθμό των ισοδυνάμων για κάθε mole της ουσίας και που θα ονομάσουμε ω (το ελληνικό γράμμα ωμέγα). Δηλαδή:

Πώς να υπολογίσετε το ισοδύναμο βάρος

Συνδυάζοντας αυτή την εξίσωση με την προηγούμενη, παίρνουμε:

Πώς να υπολογίσετε την κανονικότητα μιας λύσης

Η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της κανονικότητας από τη μάζα της διαλυμένης ουσίας, τη μοριακή της μάζα (ή το μοριακό της βάρος, αν και δεν είναι αυστηρά το ίδιο) και τον όγκο του διαλύματος. Επιπλέον, πρέπει να γνωρίζει κανείς το ω για τη διαλυμένη ουσία, και εδώ βρίσκεται η κύρια πηγή σύγχυσης σχετικά με την κανονικότητα, αφού το ω μπορεί να έχει διαφορετικές τιμές για την ίδια διαλυμένη ουσία.

Η έννοια του αριθμού των ισοδυνάμων

Το κλειδί για την κατανόηση της έννοιας του αριθμού των ισοδυνάμων, και μάλιστα ο λόγος που ονομάζεται «κανονική» συγκέντρωση ή κανονικότητα, βρίσκεται στο ω. Ο αριθμός αυτός εξαρτάται από τη χρήση στην οποία χρησιμοποιείται η διαλυμένη ουσία ή από τη χημική αντίδραση στην οποία θα συμμετάσχει.

Για κάθε τύπο μείζονος χημικής αντίδρασης που περιλαμβάνει τουλάχιστον δύο χημικές ουσίες, μπορούμε να ορίσουμε αυτό που θα ονομάζουμε “κανονικό” αντιδραστήριο, που δεν είναι τίποτα άλλο από έναν γενικό όρο που χρησιμοποιούμε για να προσδιορίσουμε το αντιδρών που συμμετέχει στην απλούστερη δυνατή έκδοση. του τύπου.ιδιαίτερη αντίδραση.

Για παράδειγμα , αν μιλάμε για αντίδραση οξέος-βάσης , η απλούστερη περίπτωση θα ήταν αυτή στην οποία οποιοδήποτε μονοπρωτικό οξύ (ΗΑ) αντιδρά με μια μονοβασική βάση (Β), για να δώσει τα αντίστοιχα συζυγή ζεύγη σύμφωνα με την ακόλουθη αντίδραση:

κανονική αντίδραση όξινης βάσης

Το μονοπρωτικό οξύ ΗΑ και η μονοβασική βάση Β είναι αυτό που θα λέγαμε κανονικό οξύ και βάση, αντίστοιχα. Αυτό σημαίνει ότι οποιοδήποτε οξύ όπως το HCl ή το HNO 3 είναι ένα κανονικό οξύ και οποιαδήποτε βάση όπως το NaOH ή το NH 3 θα ήταν ένα παράδειγμα κανονικής βάσης.

Αν τώρα θεωρήσουμε ένα οξύ όπως το θειικό οξύ (H 2 SO 4 ) που είναι διπρωτικό, η αντίδραση με μια κανονική βάση θα ήταν:

Αντίδραση διπρωτικού οξέος με κανονική βάση

Όπως μπορούμε να δούμε, κάθε mole αυτού του οξέος είναι «ισοδύναμο» με 2 mole ενός κανονικού οξέος , αφού καταναλώνει δύο mole μιας κανονικής βάσης. Επομένως, λέμε ότι ο αριθμός των ισοδυνάμων ανά mole θειικού οξέος είναι 2 (ω=2 eq/mol). Για το λόγο αυτό, ένα 0,1 μοριακό διάλυμα H 2 SO 4 ισοδυναμεί με ένα 0,2 μοριακό διάλυμα ενός κανονικού οξέος, οπότε λέμε ότι η κανονικότητα του εν λόγω διαλύματος είναι 0,2.

Με άλλα λόγια, μπορούμε να επαναπροσδιορίσουμε την έννοια της κανονικότητας ως την ισοδύναμη μοριακή συγκέντρωση που θα είχε ένα κανονικό αντιδραστήριο συμμετέχοντας στον ίδιο τύπο χημικής αντίδρασης με τη διαλυμένη ουσία .

Οι αντιδράσεις οξέος-βάσης είναι μόνο ένα παράδειγμα τυπικής χημικής αντίδρασης. Υπάρχουν και άλλες αντιδράσεις και για καθεμία από αυτές υπάρχει ένας ιδιαίτερος τρόπος ορισμού του κανονικού αντιδραστηρίου (δηλαδή ορισμού ω). Ο παρακάτω πίνακας δείχνει πώς προσδιορίζεται το ω για κάθε τύπο διαλυμένης ουσίας, ανάλογα με την αντίδραση στην οποία θα εμπλακεί:

είδος χημικής αντίδρασης τύπο αντιδραστηρίου Αριθμός ισοδυνάμων ανά mole (ω)
Αντιδράσεις μετάθεσης άλατος ιοντικά άλατα Το ω δίνεται από τον συνολικό αριθμό θετικών ή αρνητικών φορτίων στο ουδέτερο άλας (και οι δύο αριθμοί είναι ίδιοι). Υπολογίζεται πολλαπλασιάζοντας τον αριθμό των κατιόντων με το φορτίο τους ή τον αριθμό των ανιόντων με το δικό τους.
Αντιδράσεις οξέων βάσεων οξέα Το ω δίνεται από τον αριθμό των υδρογόνων που εγκαταλείπουν την αντίδραση.
  Βάσεις Το ω δίνεται από τον αριθμό των υδρογόνων που μπορεί να συλλάβει
Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής οξειδωτικά μέσα Το ω δίνεται από τον αριθμό των ηλεκτρονίων που συλλαμβάνονται από κάθε μόριο οξειδωτικού παράγοντα στην ισορροπημένη ημιαντίδραση αναγωγής.
  αναγωγικούς παράγοντες Το ω δίνεται από τον αριθμό των ηλεκτρονίων που δίνει κάθε μόριο αναγωγικού παράγοντα στην ισορροπημένη ημιαντίδραση οξείδωσης.
Διαλυμένες ουσίες που δεν συμμετέχουν σε αντιδράσεις ——- Το ω αξίζει 1eq/mol

Πότε χρησιμοποιείται η κανονικότητα;

Η κανονικότητα χρησιμοποιείται κυρίως σε καταστάσεις που περιλαμβάνουν χημικές αντιδράσεις σε διάλυμα, καθώς διευκολύνουν τους στοιχειομετρικούς υπολογισμούς χωρίς την ανάγκη εγγραφής ισορροπημένων ή ισορροπημένων χημικών αντιδράσεων.

Λόγω του τρόπου με τον οποίο ορίζεται ο αριθμός των ισοδυνάμων ανά mole, ο αριθμός των ισοδυνάμων ενός αντιδραστηρίου θα είναι πάντα ίσος με τον αριθμό των ισοδυνάμων του άλλου όταν αντιδρούν σε στοιχειομετρικές αναλογίες.

Δεδομένου ότι ο αριθμός των ισοδυνάμων μπορεί εύκολα να βρεθεί από την κανονικότητα και τον όγκο του διαλύματος, μπορούμε να πραγματοποιήσουμε στοιχειομετρικούς υπολογισμούς πολύ γρήγορα χωρίς να ανησυχούμε για τις λεπτομέρειες της αντίδρασης.

Αυτό είναι ιδιαίτερα πρακτικό σε ογκομετρικές τιτλοδοτήσεις ή ογκομετρήσεις, καθώς, στο ισοδύναμο σημείο της ογκομέτρησης, θα ισχύει πάντα ότι:

σημείο ισοδυναμίας

Και αντικαθιστώντας τα ισοδύναμα με το γινόμενο της κανονικότητας με τον όγκο, παίρνουμε:

εξίσωση ογκομέτρησης

Πώς να υπολογίσετε την κανονικότητα μιας λύσης

Πώς να υπολογίσετε την κανονικότητα από άλλες μονάδες συγκέντρωσης

Μοριακότητα εκκίνησης (M)

Η μετατροπή μεταξύ μοριακότητας και κανονικότητας είναι πολύ εύκολη, αφού η δεύτερη είναι πάντα ένα ακέραιο πολλαπλάσιο της πρώτης όπως φαίνεται παρακάτω:

Πώς να υπολογίσετε την κανονικότητα ενός διαλύματος από τη μοριακότητα

Αν γνωρίζουμε τη μοριακότητα ενός διαλύματος, μπορούμε να υπολογίσουμε τις διάφορες κανονικότητές του απλά πολλαπλασιάζοντας τη μοριακότητα με τον αντίστοιχο αριθμό ισοδυνάμων ανά mole, ω.

Από το ποσοστό m/V (%m/V)

Το ποσοστό μάζας -όγκου δείχνει τη μάζα σε γραμμάρια διαλυμένης ουσίας που είναι ανά 100 mL διαλύματος. Λαμβάνοντας αυτό υπόψη, η κανονικότητα, ως προς το ποσοστό μάζας-όγκου, είναι:

Πώς να υπολογίσετε την κανονικότητα μιας λύσης από το ποσοστό μάζας/όγκου

Σε αυτή την εξίσωση, ο συντελεστής 10 προέρχεται από τον συντελεστή μετατροπής από mL σε L (1000) και 100% από τον τύπο ποσοστού. Για να εξασφαλιστεί η συνοχή της μονάδας, το ποσοστό θα πρέπει να δίνεται σε μονάδες g/mL και ο παράγοντας 10 θα πρέπει να δίνεται σε ml/L.

Από το ποσοστό m/m (%m/m)

Η μόνη διαφορά μεταξύ της μετατροπής του %m/V σε κανονικότητα και της μετατροπής του %m/m είναι ότι πρέπει να πολλαπλασιάσετε με την πυκνότητα του διαλύματος για να μπορέσετε να μετατρέψετε τα 100 g διαλύματος (του %m/m) σε Ενταση ΗΧΟΥ. Μετά την αναδιάταξη της εξίσωσης και την πραγματοποίηση όλων των μετασχηματισμών, ο τύπος παραμένει:

Πώς να υπολογίσετε την κανονικότητα μιας λύσης από το ποσοστό μάζας/μάζας

όπου όλοι οι παράγοντες έχουν την ίδια σημασία με πριν και d διάλυμα είναι η πυκνότητα του διαλύματος σε g/mL.

Βήματα για τον υπολογισμό της κανονικότητας

Βήμα 1: Λάβετε τα απαραίτητα δεδομένα

Σε αυτό το βήμα, αναλύουμε τα δεδομένα που έχουμε για το διάλυμα, τη διαλυμένη ουσία ή τον διαλύτη. Αυτό μπορεί να περιλαμβάνει μάζες, αριθμό ισοδυνάμων, όγκους, πυκνότητες ή άλλες μονάδες συγκέντρωσης.

Βήμα 2: Επιλέξτε τον κατάλληλο τύπο

Αφού μάθουμε τι δεδομένα έχουμε, μπορούμε να επιλέξουμε ποιους από τους τύπους θα χρησιμοποιήσουμε. Για παράδειγμα, αν γνωρίζουμε τον όγκο του διαλύματος και τον αριθμό των ισοδυνάμων, χρησιμοποιούμε τον προηγούμενο τύπο, αλλά αν γνωρίζουμε το ποσοστό m/m και την πυκνότητα, χρησιμοποιούμε τον δεύτερο.

Βήμα 3: Αναλύστε τη διαλυμένη ουσία για να προσδιορίσετε το ω

Αυτό περιλαμβάνει πρώτα τον προσδιορισμό του τύπου αντίδρασης στην οποία θα συμμετάσχει η διαλυμένη ουσία για να δούμε εάν θα αποδοθεί ως ω ως άλας, οξύ, βάση ή οξειδωτικό ή αναγωγικό μέσο. Υπάρχουν περιπτώσεις στις οποίες η ίδια ένωση μπορεί να αντιδράσει με διαφορετικούς τρόπους. Για παράδειγμα, το διχρωμικό κάλιο (K 2 Cr 2 O 7 ) είναι και βασικό άλας και οξειδωτικός παράγοντας, επομένως θα μπορούσε να αποδοθεί ως ω σαν να ήταν μια βάση, ένα άλας ή ένας οξειδωτικός παράγοντας.

ΣΥΜΒΟΥΛΗ: Εάν δεν έχετε πληροφορίες σχετικά με τη χρήση του, ο γενικός κανόνας είναι ότι τα άλατα αντιμετωπίζονται πάντα ως άλατα, ακόμα κι αν είναι οξέα, βάσεις, οξειδωτικοί ή αναγωγικοί παράγοντες. Το ίδιο και με τις μοριακές (μη ιοντικές) διαλυμένες ουσίες, οπότε λαμβάνεται ω=1.

Βήμα 4: Εφαρμόστε τον τύπο

Έχοντας το ω και όλες τις άλλες πληροφορίες, το μόνο που μένει είναι να εφαρμόσουμε τον τύπο. Η μόνη λεπτομέρεια που πρέπει να λάβουμε υπόψη είναι ότι πρέπει να βεβαιωθούμε ότι έχουμε όλες τις μεταβλητές στις σωστές μονάδες, ώστε οι υπολογισμοί μας να είναι συνεπείς.

Παραδείγματα υπολογισμού κανονικότητας

Παράδειγμα 1

Προσδιορίστε την κανονικότητα ενός διαλύματος που παρασκευάστηκε με διάλυση 350 mg θειικού νατρίου (Na 2 SO 4 ) σε 150 mL διαλύματος.

ΛΥΣΗ:

Βήματα 1 και 2: Σε αυτή την περίπτωση έχουμε τη μάζα της διαλυμένης ουσίας (350mg) και τον όγκο του διαλύματος (150mL), οπότε θα χρησιμοποιήσουμε την εξίσωση 3:

Παράδειγμα υπολογισμού της κανονικότητας μιας λύσης

Επίσης, χρησιμοποιώντας τις ατομικές μάζες νατρίου, θείου και οξυγόνου, η μοριακή μάζα του άλατος προσδιορίζεται σε 142 g/mol.

Βήμα 3: Το θειικό νάτριο είναι ένα άλας που αποτελείται από δύο κατιόντα Na + και ένα SO 4 2- ανιόν . Επομένως, το ω σε αυτή την περίπτωση αξίζει 2x(1)=1x(2)=2 eq/mol.

Βήμα 4: Τέλος, τα δεδομένα αντικαθίστανται, πραγματοποιούνται οι μετατροπές σε γραμμάρια και λίτρα και υπολογίζεται η κανονικότητα:

Παράδειγμα υπολογισμού της κανονικότητας μιας λύσης

Επομένως, το διάλυμα έχει κανονική συγκέντρωση θειικού νατρίου 0,0329.

Παράδειγμα 2

Προσδιορίστε την κανονικότητα ενός διαλύματος που παρασκευάστηκε με αραίωση 10 mL ενός 25% m/v πυκνού διαλύματος φωσφορικού οξέος σε τελικό όγκο 250 mL.

ΛΥΣΗ:

Βήματα 1 και 2: Σε αυτήν την περίπτωση, ξεκινάτε με ένα συμπυκνωμένο διάλυμα που είναι αραιωμένο. Μπορούμε να υπολογίσουμε την κανονικότητα του πρώτου διαλύματος και στη συνέχεια να υπολογίσουμε την κανονικότητα του αραιωμένου διαλύματος ή να πραγματοποιήσουμε πρώτα την αραίωση και τη μετατροπή σε κανονικότητα αργότερα. Σε αυτό το παράδειγμα θα το κάνουμε με τον τελευταίο τρόπο.

Εφόσον πρόκειται για αραίωση, εφαρμόζεται ο τύπος αραίωσης, ο οποίος είναι:

Παράδειγμα υπολογισμού της κανονικότητας μιας λύσης

Από όπου καθαρίζεται η συγκέντρωση του αραιωμένου διαλύματος, που είναι αυτό που μας ενδιαφέρει:

Παράδειγμα υπολογισμού της κανονικότητας μιας λύσης

Χρειαζόμαστε επίσης τη μοριακή μάζα της διαλυμένης ουσίας (H 3 PO 4 ) που είναι 98,0 g/mol. Με αυτά, μπορούμε να υπολογίσουμε την κανονικότητα χρησιμοποιώντας τον τύπο της εξίσωσης 5:

Παράδειγμα υπολογισμού της κανονικότητας μιας λύσης

Βήμα 3: Το φωσφορικό οξύ είναι οξύ, άρα το ω δίνεται από τον αριθμό των ιονιζόμενων πρωτονίων που περιέχει. Εφόσον είναι τριπρωτικό οξύ, τότε ω=3 eq/mol.

Βήμα 4: Εφαρμόζουμε τον τύπο:

Παράδειγμα υπολογισμού της κανονικότητας μιας λύσης

Επομένως, το αραιωμένο διάλυμα έχει κανονική συγκέντρωση φωσφορικού οξέος 0,306.

Παράδειγμα 3

Προσδιορίστε την κανονικότητα ενός 0,05 μοριακού διαλύματος ιόντων Ca 2+ .

ΛΥΣΗ:

Αυτή είναι μια ιδιαίτερη και αρκετά συχνή περίπτωση, αφού πολλές φορές αυτό που έχει σημασία είναι η συγκέντρωση ενός συγκεκριμένου ιόντος και όχι αυτή ενός πλήρους άλατος. Όταν συμβαίνει αυτό, όλα γίνονται με τον ίδιο τρόπο, εκτός από το ότι ο αριθμός των ισοδυνάμων ανά mole λαμβάνεται απλώς ως το φορτίο του ιόντος, σε αυτήν την περίπτωση 2.

Εφόσον στην περίπτωση αυτή η μοριακότητα είναι γνωστή, χρησιμοποιούμε την εξίσωση 4:

Παράδειγμα υπολογισμού της κανονικότητας μιας λύσης

Τέλος, το διάλυμα έχει κανονική συγκέντρωση ιόντων ασβεστίου 0,1.

βιβλιογραφικές αναφορές

Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Χημεία (11η έκδ.). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Κανονικότητα . (2020, 12 Ιουνίου). Διακομιστής Αλικάντε. https://glosarios.servidor-alicante.com/quimica/normalidad

quimicas.net. (ν.δ.). Παραδείγματα κανονικότητας . https://www.quimicas.net/2015/05/ejemplos-de-normalidad.html

UNAM CCH “Ανατολή.” (23 Σεπτεμβρίου 2019). Φυσιολογική συγκέντρωση . Κοινή χρήση διαφανειών. https://es.slideshare.net/Amon_Ra_C/normal-concentration

-Διαφήμιση-

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

Artículos relacionados