Vypočítejte normalitu chemických roztoků zadáním hmotnosti solutu, ekvivalentní hmotnosti a objemu. Nezbytné pro analytickou chemii, titrace a laboratorní práci.
Normalita = Hmotnost látky (g) / (Ekvivalentní hmotnost (g/eq) × Objem roztoku (L))
Normalita:
1.0000 eq/L
Normality = 10 g / (20 g/eq × 0.5 L)
= 1.0000 eq/L
Látka
10 g
Ekvivalentní hmotnost
20 g/eq
Objem
0.5 L
Normalita
1.0000 eq/L
Normalita roztoku se vypočítá dělením hmotnosti látky součinem její ekvivalentní hmotnosti a objemu roztoku.
Kalkulátor normality je nezbytným nástrojem v analytické chemii pro určení koncentrace roztoku v gramech ekvivalentů na litr. Normalita (N) představuje počet ekvivalentních hmotností rozpuštěné látky na litr roztoku, což je obzvlášť užitečné pro analýzu reakcí, kde jsou důležité stechiometrické vztahy. Na rozdíl od molarity, která počítá molekuly, normalita počítá reaktivní jednotky, což ji činí zvlášť cennou pro titrace kyselin a zásad, redoxní reakce a analýzy srážení. Tento komplexní průvodce vysvětluje, jak vypočítat normalitu, její aplikace a poskytuje uživatelsky přívětivý kalkulátor, který zjednoduší vaše chemické výpočty.
Normalita je míra koncentrace, která vyjadřuje počet gramových ekvivalentů rozpuštěné látky na litr roztoku. Jednotkou normality je ekvivalenty na litr (eq/L). Jedna ekvivalentní hmotnost je hmotnost látky, která reaguje s jedním molem vodíkových iontů (H⁺) v acidobazické reakci, jedním molem elektronů v redoxní reakci nebo jedním molem náboje v elektrochemické reakci.
Koncept normality je zvlášť užitečný, protože umožňuje chemikům přímo porovnávat reaktivní kapacitu různých roztoků, bez ohledu na konkrétní sloučeniny. Například 1N roztok jakékoliv kyseliny neutralizuje přesně stejný objem 1N roztoku zásady, bez ohledu na konkrétní kyselinu nebo zásadu použité.
Normalita roztoku se vypočítá pomocí následujícího vzorce:
Kde:
Ekvivalentní hmotnost (E) se liší v závislosti na typu reakce:
Pro výpočet normality roztoku:
Náš kalkulátor normality zjednodušuje proces určování normality chemického roztoku:
Kalkulátor provádí validaci v reálném čase, aby zajistil, že všechny vstupy jsou kladná čísla, protože záporné nebo nulové hodnoty pro ekvivalentní hmotnost nebo objem by vedly k fyzicky nemožným koncentracím.
Kalkulátor zobrazuje výsledek normality v ekvivalentech na litr (eq/L). Například výsledek 2.5 eq/L znamená, že roztok obsahuje 2.5 gramových ekvivalentů látky na litr roztoku.
Pro kontext:
Jednotka koncentrace | Definice | Primární případy použití | Vztah k normalitě |
---|---|---|---|
Normalita (N) | Ekvivalenty na litr | Tittrace kyselin a zásad, Redoxní reakce | - |
Molarita (M) | Moly na litr | Obecná chemie, Stechiometrie | N = M × ekvivalenty na mol |
Molalita (m) | Moly na kg rozpouštědla | Studie závislé na teplotě | Není přímo převoditelné |
Hmotnost % (w/w) | Hmotnost látky / celková hmotnost × 100 | Průmyslové formulace | Vyžaduje informace o hustotě |
Objem % (v/v) | Objem látky / celkový objem × 100 | Kapalné směsi | Vyžaduje informace o hustotě |
ppm/ppb | Části na milion/miliardu | Analýza stopových prvků | N = ppm × 10⁻⁶ / ekvivalentní hmotnost |
Normalita se široce používá v různých chemických aplikacích:
Tittrace: Normalita je obzvlášť užitečná v acidobazických titracích, kde k ekvivalenčnímu bodu dochází, když reagovaly ekvivalentní množství kyseliny a zásady. Použití normality zjednodušuje výpočty, protože stejné objemy roztoků se stejnou normalitou se vzájemně neutralizují.
Standardizace roztoků: Při přípravě standardních roztoků pro analytickou chemii poskytuje normalita pohodlný způsob, jak vyjádřit koncentraci v termínech reaktivní kapacity.
Kontrola kvality: V farmaceutickém a potravinářském průmyslu se normalita používá k zajištění konzistentní kvality produktu udržováním přesných koncentrací reaktivních složek.
Úprava vody: Normalita se používá k měření koncentrace chemikálií používaných v procesech čištění vody, jako je chlorace a úprava pH.
Elektrolytické pokovování: V průmyslu elektrolytického pokovování pomáhá normalita udržovat správnou koncentraci kovových iontů v pokovovacích roztocích.
Výroba baterií: Koncentrace elektrolytů v bateriích je často vyjádřena v termínech normality, aby se zajistil optimální výkon.
Chemická kinetika: Výzkumníci používají normalitu k studiu rychlostí reakcí a mechanismů, zejména pro reakce, kde je důležitý počet reaktivních míst.
Analýza životního prostředí: Normalita se používá při testování životního prostředí k kvantifikaci znečišťujících látek a určení požadavků na úpravu.
Biochemický výzkum: V biochemii pomáhá normalita při přípravě roztoků pro enzymové testy a další biologické reakce.
Ačkoliv je normalita užitečná v mnoha kontextech, jiné jednotky koncentrace mohou být vhodnější v závislosti na aplikaci:
Molarita je definována jako počet molů látky na litr roztoku. Je to nejběžněji používaná jednotka koncentrace v chemii.
Kdy použít molaritu místo normality:
Převod mezi normalitou a molaritou: N = M × n, kde n je počet ekvivalentů na mol
Molalita je definována jako počet molů látky na kilogram rozpouštědla. Je zvlášť užitečná pro aplikace, kde jsou zapojeny změny teploty.
Kdy použít molalitu místo normality:
Hmotnostní procento vyjadřuje koncentraci jako hmotnost látky dělenou celkovou hmotností roztoku, vynásobenou 100.
Kdy použít hmotnostní procento místo normality:
Objemové procento je objem látky dělený celkovým objemem roztoku, vynásobený 100.
Kdy použít objemové procento místo normality:
Tyto jednotky se používají pro velmi zředěné roztoky, vyjadřující počet částí látky na milion nebo miliardu částí roztoku.
Kdy použít ppm/ppb místo normality:
Koncept normality má bohatou historii v rozvoji analytické chemie:
Základy kvantitativní analýzy, které nakonec vedly k konceptu normality, položili vědci jako Antoine Lavoisier a Joseph Louis Gay-Lussac na konci 18. a počátku 19. století. Jejich práce na stechiometrii a chemických ekvivalentech poskytla základ pro pochopení, jak látky reagují v určitých proporcích.
Formální koncept normality se objevil na konci 19. století, když chemici hledali standardizované způsoby, jak vyjádřit koncentraci pro analytické účely. Wilhelm Ostwald, průkopník fyzikální chemie, významně přispěl k rozvoji a popularizaci normality jako jednotky koncentrace.
Během tohoto období se normalita stala standardní jednotkou koncentrace v analytických postupech, zejména pro objemovou analýzu. Učebnice a laboratorní manuály z této éry rozsáhle používaly normalitu pro výpočty zahrnující titrace kyselin a zásad a redoxní reakce.
V posledních desetiletích došlo k postupnému posunu od normality k molaritě v mnoha kontextech, zejména ve výzkumu a vzdělávání. Tento posun odráží moderní důraz na molární vztahy a někdy nejednoznačnou povahu ekvivalentních hmotností pro složité reakce. Nicméně normalita zůstává důležitá v konkrétních analytických aplikacích, zejména v průmyslových prostředích a standardizovaných testovacích postupech.
Zde jsou některé příklady kódu pro výpočet normality v různých programovacích jazycích:
1' Excel vzorec pro výpočet normality
2=hmotnost/(ekvivalentní_hmotnost*objem)
3
4' Příklad s hodnotami v buňkách
5' A1: Hmotnost (g) = 4.9
6' A2: Ekvivalentní hmotnost (g/ekv) = 49
7' A3: Objem (L) = 0.5
8' Vzorec v A4:
9=A1/(A2*A3)
10' Výsledek: 0.2 eq/L
11
1def calculate_normality(weight, equivalent_weight, volume):
2 """
3 Vypočítat normalitu roztoku.
4
5 Parametry:
6 weight (float): Hmotnost látky v gramech
7 equivalent_weight (float): Ekvivalentní hmotnost látky v gramech/ekvivalent
8 volume (float): Objem roztoku v litrech
9
10 Návrat:
11 float: Normalita v ekvivalentech/litr
12 """
13 if equivalent_weight <= 0 or volume <= 0:
14 raise ValueError("Ekvivalentní hmotnost a objem musí být kladné")
15
16 normality = weight / (equivalent_weight * volume)
17 return normality
18
19# Příklad: Vypočítat normalitu roztoku H2SO4
20# 9.8 g H2SO4 v 2 litrech roztoku
21# Ekvivalentní hmotnost H2SO4 = 98/2 = 49 g/ekv (protože má 2 vyměnitelné H+ ionty)
22weight = 9.8 # gramy
23equivalent_weight = 49 # gramy/ekvivalent
24volume = 2 # litry
25
26normality = calculate_normality(weight, equivalent_weight, volume)
27print(f"Normalita: {normality:.4f} eq/L") # Výstup: Normalita: 0.1000 eq/L
28
1function calculateNormality(weight, equivalentWeight, volume) {
2 // Validace vstupu
3 if (equivalentWeight <= 0 || volume <= 0) {
4 throw new Error("Ekvivalentní hmotnost a objem musí být kladné");
5 }
6
7 // Vypočítat normalitu
8 const normality = weight / (equivalentWeight * volume);
9 return normality;
10}
11
12// Příklad: Vypočítat normalitu roztoku NaOH
13// 10 g NaOH v 0.5 litrech roztoku
14// Ekvivalentní hmotnost NaOH = 40 g/ekv
15const weight = 10; // gramy
16const equivalentWeight = 40; // gramy/ekvivalent
17const volume = 0.5; // litry
18
19try {
20 const normality = calculateNormality(weight, equivalentWeight, volume);
21 console.log(`Normalita: ${normality.toFixed(4)} eq/L`); // Výstup: Normalita: 0.5000 eq/L
22} catch (error) {
23 console.error(error.message);
24}
25
1public class NormalityCalculator {
2 /**
3 * Vypočítat normalitu roztoku.
4 *
5 * @param weight Hmotnost látky v gramech
6 * @param equivalentWeight Ekvivalentní hmotnost látky v gramech/ekvivalent
7 * @param volume Objem roztoku v litrech
8 * @return Normalita v ekvivalentech/litr
9 * @throws IllegalArgumentException pokud ekvivalentní hmotnost nebo objem není kladný
10 */
11 public static double calculateNormality(double weight, double equivalentWeight, double volume) {
12 if (equivalentWeight <= 0 || volume <= 0) {
13 throw new IllegalArgumentException("Ekvivalentní hmotnost a objem musí být kladné");
14 }
15
16 return weight / (equivalentWeight * volume);
17 }
18
19 public static void main(String[] args) {
20 // Příklad: Vypočítat normalitu roztoku HCl
21 // 7.3 g HCl v 2 litrech roztoku
22 // Ekvivalentní hmotnost HCl = 36.5 g/ekv
23 double weight = 7.3; // gramy
24 double equivalentWeight = 36.5; // gramy/ekvivalent
25 double volume = 2.0; // litry
26
27 try {
28 double normality = calculateNormality(weight, equivalentWeight, volume);
29 System.out.printf("Normalita: %.4f eq/L%n", normality); // Výstup: Normalita: 0.1000 eq/L
30 } catch (IllegalArgumentException e) {
31 System.err.println(e.getMessage());
32 }
33 }
34}
35
1#include <iostream>
2#include <iomanip>
3#include <stdexcept>
4
5/**
6 * Vypočítat normalitu roztoku.
7 *
8 * @param weight Hmotnost látky v gramech
9 * @param equivalentWeight Ekvivalentní hmotnost látky v gramech/ekvivalent
10 * @param volume Objem roztoku v litrech
11 * @return Normalita v ekvivalentech/litr
12 * @throws std::invalid_argument pokud ekvivalentní hmotnost nebo objem není kladný
13 */
14double calculateNormality(double weight, double equivalentWeight, double volume) {
15 if (equivalentWeight <= 0 || volume <= 0) {
16 throw std::invalid_argument("Ekvivalentní hmotnost a objem musí být kladné");
17 }
18
19 return weight / (equivalentWeight * volume);
20}
21
22int main() {
23 try {
24 // Příklad: Vypočítat normalitu roztoku KMnO4 pro redoxní titrace
25 // 3.16 g KMnO4 v 1 litru roztoku
26 // Ekvivalentní hmotnost KMnO4 = 158.034/5 = 31.6068 g/ekv (pro redoxní reakce)
27 double weight = 3.16; // gramy
28 double equivalentWeight = 31.6068; // gramy/ekvivalent
29 double volume = 1.0; // litry
30
31 double normality = calculateNormality(weight, equivalentWeight, volume);
32 std::cout << "Normalita: " << std::fixed << std::setprecision(4) << normality << " eq/L" << std::endl;
33 // Výstup: Normalita: 0.1000 eq/L
34 } catch (const std::exception& e) {
35 std::cerr << "Chyba: " << e.what() << std::endl;
36 }
37
38 return 0;
39}
40
1def calculate_normality(weight, equivalent_weight, volume)
2 # Validace vstupu
3 if equivalent_weight <= 0 || volume <= 0
4 raise ArgumentError, "Ekvivalentní hmotnost a objem musí být kladné"
5 end
6
7 # Vypočítat normalitu
8 normality = weight / (equivalent_weight * volume)
9 return normality
10end
11
12# Příklad: Vypočítat normalitu roztoku kyseliny šťavelové
13# 6.3 g kyseliny šťavelové (H2C2O4) v 1 litru roztoku
14# Ekvivalentní hmotnost kyseliny šťavelové = 90/2 = 45 g/ekv (protože má 2 vyměnitelné H+ ionty)
15weight = 6.3 # gramy
16equivalent_weight = 45 # gramy/ekvivalent
17volume = 1.0 # litry
18
19begin
20 normality = calculate_normality(weight, equivalent_weight, volume)
21 puts "Normalita: %.4f eq/L" % normality # Výstup: Normalita: 0.1400 eq/L
22rescue ArgumentError => e
23 puts "Chyba: #{e.message}"
24end
25
Dané informace:
Krok 1: Vypočítejte ekvivalentní hmotnost Ekvivalentní hmotnost = Molekulová hmotnost ÷ Počet vyměnitelných H⁺ iontů Ekvivalentní hmotnost = 98.08 g/mol ÷ 2 = 49.04 g/ekv
Krok 2: Vypočítejte normalitu N = W/(E × V) N = 4.9 g ÷ (49.04 g/ekv × 0.5 L) N = 4.9 g ÷ 24.52 g/L N = 0.2 eq/L
Výsledek: Normalita roztoku kyseliny sírové je 0.2N.
Dané informace:
Krok 1: Vypočítejte ekvivalentní hmotnost Ekvivalentní hmotnost = Molekulová hmotnost ÷ Počet vyměnitelných OH⁻ iontů Ekvivalentní hmotnost = 40 g/mol ÷ 1 = 40 g/ekv
Krok 2: Vypočítejte normalitu N = W/(E × V) N = 10 g ÷ (40 g/ekv × 0.5 L) N = 10 g ÷ 20 g/L N = 0.5 eq/L
Výsledek: Normalita roztoku hydroxidu sodného je 0.5N.
Dané informace:
Krok 1: Vypočítejte ekvivalentní hmotnost Ekvivalentní hmotnost = Molekulová hmotnost ÷ Počet přenesených elektronů Ekvivalentní hmotnost = 158.034 g/mol ÷ 5 = 31.6068 g/ekv
Krok 2: Vypočítejte normalitu N = W/(E × V) N = 3.16 g ÷ (31.6068 g/ekv × 1 L) N = 3.16 g ÷ 31.6068 g/L N = 0.1 eq/L
Výsledek: Normalita roztoku permanganátu draselného je 0.1N.
Dané informace:
Krok 1: Vypočítejte ekvivalentní hmotnost Ekvivalentní hmotnost = Molekulová hmotnost ÷ Náboj iontu Ekvivalentní hmotnost = 110.98 g/mol ÷ 2 = 55.49 g/ekv
Krok 2: Vypočítejte normalitu N = W/(E × V) N = 5.55 g ÷ (55.49 g/ekv × 0.5 L) N = 5.55 g ÷ 27.745 g/L N = 0.2 eq/L
Výsledek: Normalita roztoku chloridu vápenatého je 0.2N.
Molarita (M) měří počet molů látky na litr roztoku, zatímco normalita (N) měří počet gramových ekvivalentů na litr. Klíčový rozdíl je v tom, že normalita zohledňuje reaktivní kapacitu roztoku, ne jen počet molekul. Pro kyseliny a zásady platí, že N = M × počet vyměnitelných H⁺ nebo OH⁻ iontů. Například 1M roztok H₂SO₄ je 2N, protože každá molekula může darovat dva H⁺ ionty.
Ekvivalentní hmotnost závisí na typu reakce:
Ano, normalita může být vyšší než molarita pro sloučeniny, které mají více reaktivních jednotek na molekulu. Například 1M roztok H₂SO₄ je 2N, protože každá molekula má dvě vyměnitelné H⁺ ionty. Nicméně normalita nikdy nemůže být nižší než molarita pro stejnou sloučeninu.
Normalita je obzvlášť užitečná v titracích, protože přímo souvisí s reaktivní kapacitou roztoku. Když reagují roztoky se stejnou normalitou, činí tak ve stejných objemech, bez ohledu na konkrétní sloučeniny zapojené. To zjednodušuje výpočty v acidobazických titracích, redoxních titracích a analýzách srážení.
Změny teploty mohou ovlivnit objem roztoku v důsledku tepelné expanze nebo kontrakce, což zase ovlivňuje jeho normalitu. Protože normalita je definována jako ekvivalenty na litr, jakákoli změna objemu změní normalitu. To je důvod, proč je teplota často specifikována při hlášení hodnot normality.
Normalita je nejvíce užitečná pro reakce, kde je koncept ekvivalentů jasně definován, jako jsou acidobazické reakce, redoxní reakce a reakce srážení. Je méně užitečná pro složité reakce, kde je počet reaktivních jednotek nejednoznačný nebo proměnlivý.
Záporné hodnoty pro hmotnost, ekvivalentní hmotnost nebo objem jsou fyzicky bezvýznamné v kontextu koncentrace roztoku. Kalkulátor zobrazí chybovou zprávu, pokud jsou zadány záporné hodnoty. Podobně nulové hodnoty pro ekvivalentní hmotnost nebo objem by vedly k dělení nulou a nejsou povoleny.
Kalkulátor poskytuje výsledky s přesností na čtyři desetinná místa, což je dostatečné pro většinu laboratorních a vzdělávacích účelů. Přesnost výsledku závisí na přesnosti vstupních hodnot, zejména na ekvivalentní hmotnosti, která se může lišit v závislosti na konkrétním kontextu reakce.
Kalkulátor je navržen pro roztoky s jednou látkou. Pro roztoky s více látkami byste museli vypočítat normalitu každé látky zvlášť a poté zvážit konkrétní kontext vaší aplikace, abyste určili, jak interpretovat kombinovanou normalitu.
Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., & Woodward, P. M. (2017). Chemie: Centrální věda (14. vyd.). Pearson.
Harris, D. C. (2015). Kvantitativní chemická analýza (9. vyd.). W. H. Freeman and Company.
Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J., & Crouch, S. R. (2013). Základy analytické chemie (9. vyd.). Cengage Learning.
Chang, R., & Goldsby, K. A. (2015). Chemie (12. vyd.). McGraw-Hill Education.
Atkins, P., & de Paula, J. (2014). Atkinsova fyzikální chemie (10. vyd.). Oxford University Press.
Christian, G. D., Dasgupta, P. K., & Schug, K. A. (2013). Analytická chemie (7. vyd.). John Wiley & Sons.
"Normalita (chemie)." Wikipedia, Wikimedia Foundation, https://en.wikipedia.org/wiki/Normality_(chemistry). Přístup 2. srpna 2024.
"Ekvivalentní hmotnost." Chemistry LibreTexts, https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Analytical_Chemistry/Supplemental_Modules_(Analytical_Chemistry)/Quantifying_Nature/Units_of_Measure/Equivalent_Weight. Přístup 2. srpna 2024.
Vyzkoušejte náš kalkulátor normality nyní, abyste rychle určili koncentraci svých chemických roztoků v termínech ekvivalentech na litr. Ať už připravujete roztoky pro titrace, standardizujete činidla nebo provádíte jiné analytické postupy, tento nástroj vám pomůže dosáhnout přesných a spolehlivých výsledků.
Objevte další nástroje, které by mohly být užitečné pro vaši pracovní postup.