Izračunajte normalnost kemijskih otopina unosom težine otopljenika, ekvivalentne težine i volumena. Bitno za analitičku kemiju, titracije i laboratorijski rad.
Normalnost = Težina otopljenika (g) / (Ekvivalentna težina (g/eq) × Volumen otopine (L))
Normalnost:
1.0000 eq/L
Normality = 10 g / (20 g/eq × 0.5 L)
= 1.0000 eq/L
Otopljenik
10 g
Ekvivalentna težina
20 g/eq
Volumen
0.5 L
Normalnost
1.0000 eq/L
Normalnost otopine se izračunava dijeljenjem težine otopljenika s proizvodom njegove ekvivalentne težine i volumena otopine.
Kalkulator normalnosti je esencijalni alat u analitičkoj kemiji za određivanje koncentracije otopine u terminima gram ekvivalenata po litri. Normalnost (N) predstavlja broj ekvivalentnih težina otopine otopljenih po litri otopine, što ga čini posebno korisnim za analizu reakcija gdje su stehiometrijski odnosi važni. Za razliku od molarnosti, koja broji molekule, normalnost broji reaktivne jedinice, što ga čini posebno vrijednim za titracije kiselina i baza, redoks reakcije i analize precipitata. Ovaj sveobuhvatan vodič objašnjava kako izračunati normalnost, njene primjene i pruža kalkulator koji olakšava vaše kemijske proračune.
Normalnost je mjera koncentracije koja izražava broj gram ekvivalentnih težina otopine po litri otopine. Jedinica normalnosti je ekvivalenti po litri (eq/L). Jedna ekvivalentna težina je masa tvari koja će reagirati s ili opskrbiti jedan mol vodikovih iona (H⁺) u reakciji kiselina i baza, jedan mol elektrona u redoks reakciji, ili jedan mol naboja u elektrohemijskoj reakciji.
Koncept normalnosti je posebno koristan jer omogućava kemicima da izravno usporede reaktivni kapacitet različitih otopina, bez obzira na stvarne spojeve koji su uključeni. Na primjer, 1N otopina bilo koje kiseline neutralizirat će točno istu količinu 1N otopine baze, bez obzira na specifičnu kiselinu ili bazu koja se koristi.
Normalnost otopine se izračunava pomoću sljedeće formule:
Gdje:
Ekvivalentna težina (E) varira ovisno o vrsti reakcije:
Za izračunavanje normalnosti otopine:
Naš kalkulator normalnosti pojednostavljuje proces određivanja normalnosti kemijske otopine:
Kalkulator vrši validaciju u stvarnom vremenu kako bi osigurao da su svi unosi pozitivni brojevi, jer bi negativne ili nulte vrijednosti za ekvivalentnu težinu ili volumen rezultirale fizički nemogućim koncentracijama.
Kalkulator prikazuje rezultat normalnosti u ekvivalentima po litri (eq/L). Na primjer, rezultat od 2.5 eq/L znači da otopina sadrži 2.5 gram ekvivalenata otopine po litri otopine.
Za kontekst:
Jedinica koncentracije | Definicija | Primarne upotrebe | Odnos prema normalnosti |
---|---|---|---|
Normalnost (N) | Ekvivalenti po litri | Titracije kiselina i baza, Redoks reakcije | - |
Molaritet (M) | Moli po litri | Opća kemija, Stehiometrija | N = M × ekvivalenti po molu |
Molalitet (m) | Moli po kg otapala | Istraživanja ovisna o temperaturi | Nije izravno konvertibilno |
Maseni % (w/w) | Masa otopine / ukupna masa × 100 | Industrijske formulacije | Potrebne informacije o gustoći |
Volumenski % (v/v) | Volumen otopine / ukupni volumen × 100 | Tečne mješavine | Potrebne informacije o gustoći |
ppm/ppb | Dijelovi po milijun/bilijun | Analiza tragova | N = ppm × 10⁻⁶ / ekvivalentna težina |
Normalnost se široko koristi u raznim kemijskim primjenama:
Titracije: Normalnost je posebno korisna u titracijama kiselina i baza, gdje se ekvivalentna točka događa kada su jednake količine kiseline i baze reagirale. Korištenje normalnosti pojednostavljuje proračune jer jednake volumene otopina s istom normalnošću će neutralizirati jedna drugu.
Standardizacija otopina: Kada se pripremaju standardne otopine za analitičku kemiju, normalnost pruža prikladan način za izražavanje koncentracije u terminima reaktivnog kapaciteta.
Kontrola kvalitete: U farmaceutskoj i prehrambenoj industriji, normalnost se koristi za osiguranje dosljedne kvalitete proizvoda održavanjem preciznih koncentracija reaktivnih komponenti.
Obrada vode: Normalnost se koristi za mjerenje koncentracije kemikalija koje se koriste u procesima pročišćavanja vode, kao što su kloriranje i podešavanje pH.
Galvanizacija: U industrijama galvanizacije, normalnost pomaže održavanju ispravne koncentracije ionskih metala u otopinama za galvanizaciju.
Proizvodnja baterija: Koncentracija elektrolita u baterijama često se izražava u terminima normalnosti kako bi se osigurala optimalna izvedba.
Kemijska kinetika: Istraživači koriste normalnost za proučavanje brzina reakcija i mehanizama, posebno za reakcije gdje je broj reaktivnih mjesta važan.
Analiza okoliša: Normalnost se koristi u testiranju okoliša za kvantifikaciju zagađivača i određivanje zahtjeva za tretman.
Biokemijska istraživanja: U biokemiji, normalnost pomaže u pripremi otopina za enzimske testove i druge biološke reakcije.
Iako je normalnost korisna u mnogim kontekstima, druge jedinice koncentracije mogu biti prikladnije ovisno o primjeni:
Molaritet je definiran kao broj molova otopine po litri otopine. To je najčešće korištena jedinica koncentracije u kemiji.
Kada koristiti molarnost umjesto normalnosti:
Konverzija između normalnosti i molarnosti: N = M × n, gdje je n broj ekvivalenata po molu
Molalitet je definiran kao broj molova otopine po kilogramu otapala. Posebno je koristan za primjene gdje su uključene promjene temperature.
Kada koristiti molalitet umjesto normalnosti:
Maseni postotak izražava koncentraciju kao masu otopine podijeljenu s ukupnom masom otopine, pomnoženo s 100.
Kada koristiti maseni postotak umjesto normalnosti:
Volumenski postotak je volumen otopine podijeljen s ukupnim volumenom otopine, pomnožen s 100.
Kada koristiti volumenski postotak umjesto normalnosti:
Ove jedinice se koriste za vrlo razrijeđene otopine, izražavajući broj dijelova otopine po milijun ili bilijun dijelova otopine.
Kada koristiti ppm/ppb umjesto normalnosti:
Koncept normalnosti ima bogatu povijest u razvoju analitičke kemije:
Osnove kvantitativne analize, koje su na kraju dovele do koncepta normalnosti, postavili su znanstvenici poput Antoinea Lavoisiera i Josepha Louisa Gay-Lussaca krajem 18. i početkom 19. stoljeća. Njihov rad na stehiometriji i kemijskim ekvivalentima pružio je temelje za razumijevanje kako tvari reagiraju u određenim proporcijama.
Formalni koncept normalnosti pojavio se krajem 19. stoljeća dok su kemičari tražili standardizirane načine za izražavanje koncentracije u analitičke svrhe. Wilhelm Ostwald, pionir u fizičkoj kemiji, značajno je doprinio razvoju i popularizaciji normalnosti kao jedinice koncentracije.
Tijekom ovog razdoblja, normalnost je postala standardna jedinica koncentracije u analitičkim postupcima, posebno za volumetrijsku analizu. Udžbenici i laboratorijski priručnici iz tog razdoblja široko su koristili normalnost za proračune koji uključuju titracije kiselina i baza i redoks reakcije.
U posljednjim desetljećima, došlo je do postupnog pomaka od normalnosti prema molarnosti u mnogim kontekstima, posebno u istraživanju i obrazovanju. Ovaj pomak odražava moderni naglasak na molarnim odnosima i ponekad nejasnu prirodu ekvivalentnih težina za složene reakcije. Međutim, normalnost ostaje važna u specifičnim analitičkim primjenama, posebno u industrijskim postavkama i standardiziranim postupcima testiranja.
Evo nekoliko primjera koda za izračunavanje normalnosti u različitim programskim jezicima:
1' Excel formula za izračunavanje normalnosti
2=weight/(equivalent_weight*volume)
3
4' Primjer s vrijednostima u ćelijama
5' A1: Težina (g) = 4.9
6' A2: Ekvivalentna težina (g/ekv) = 49
7' A3: Volumen (L) = 0.5
8' Formula u A4:
9=A1/(A2*A3)
10' Rezultat: 0.2 eq/L
11
1def calculate_normality(weight, equivalent_weight, volume):
2 """
3 Izračunajte normalnost otopine.
4
5 Parametri:
6 weight (float): Težina otopine u gramima
7 equivalent_weight (float): Ekvivalentna težina otopine u gramima/ekvivalent
8 volume (float): Volumen otopine u litrama
9
10 Vraća:
11 float: Normalnost u ekvivalentima/litru
12 """
13 if equivalent_weight <= 0 or volume <= 0:
14 raise ValueError("Ekvivalentna težina i volumen moraju biti pozitivni")
15
16 normality = weight / (equivalent_weight * volume)
17 return normality
18
19# Primjer: Izračunajte normalnost otopine H2SO4
20# 9.8 g H2SO4 u 2 litre otopine
21# Ekvivalentna težina H2SO4 = 98/2 = 49 g/ekv (budući da ima 2 zamjenjiva H+ iona)
22weight = 9.8 # grami
23equivalent_weight = 49 # grami/ekvivalent
24volume = 2 # litri
25
26normality = calculate_normality(weight, equivalent_weight, volume)
27print(f"Normalnost: {normality:.4f} eq/L") # Izlaz: Normalnost: 0.1000 eq/L
28
1function calculateNormality(weight, equivalentWeight, volume) {
2 // Validacija unosa
3 if (equivalentWeight <= 0 || volume <= 0) {
4 throw new Error("Ekvivalentna težina i volumen moraju biti pozitivni");
5 }
6
7 // Izračunajte normalnost
8 const normality = weight / (equivalentWeight * volume);
9 return normality;
10}
11
12// Primjer: Izračunajte normalnost otopine NaOH
13// 10 g NaOH u 0.5 litara otopine
14// Ekvivalentna težina NaOH = 40 g/ekv
15const weight = 10; // grami
16const equivalentWeight = 40; // grami/ekvivalent
17const volume = 0.5; // litri
18
19try {
20 const normality = calculateNormality(weight, equivalentWeight, volume);
21 console.log(`Normalnost: ${normality.toFixed(4)} eq/L`); // Izlaz: Normalnost: 0.5000 eq/L
22} catch (error) {
23 console.error(error.message);
24}
25
1public class NormalityCalculator {
2 /**
3 * Izračunajte normalnost otopine.
4 *
5 * @param weight Težina otopine u gramima
6 * @param equivalentWeight Ekvivalentna težina otopine u gramima/ekvivalent
7 * @param volume Volumen otopine u litrama
8 * @return Normalnost u ekvivalentima/litru
9 * @throws IllegalArgumentException ako ekvivalentna težina ili volumen nisu pozitivni
10 */
11 public static double calculateNormality(double weight, double equivalentWeight, double volume) {
12 if (equivalentWeight <= 0 || volume <= 0) {
13 throw new IllegalArgumentException("Ekvivalentna težina i volumen moraju biti pozitivni");
14 }
15
16 return weight / (equivalentWeight * volume);
17 }
18
19 public static void main(String[] args) {
20 // Primjer: Izračunajte normalnost otopine HCl
21 // 7.3 g HCl u 2 litre otopine
22 // Ekvivalentna težina HCl = 36.5 g/ekv
23 double weight = 7.3; // grami
24 double equivalentWeight = 36.5; // grami/ekvivalent
25 double volume = 2.0; // litri
26
27 try {
28 double normality = calculateNormality(weight, equivalentWeight, volume);
29 System.out.printf("Normalnost: %.4f eq/L%n", normality); // Izlaz: Normalnost: 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 * Izračunajte normalnost otopine.
7 *
8 * @param weight Težina otopine u gramima
9 * @param equivalentWeight Ekvivalentna težina otopine u gramima/ekvivalent
10 * @param volume Volumen otopine u litrama
11 * @return Normalnost u ekvivalentima/litru
12 * @throws std::invalid_argument ako ekvivalentna težina ili volumen nisu pozitivni
13 */
14double calculateNormality(double weight, double equivalentWeight, double volume) {
15 if (equivalentWeight <= 0 || volume <= 0) {
16 throw std::invalid_argument("Ekvivalentna težina i volumen moraju biti pozitivni");
17 }
18
19 return weight / (equivalentWeight * volume);
20}
21
22int main() {
23 try {
24 // Primjer: Izračunajte normalnost otopine KMnO4 za redoks titracije
25 // 3.16 g KMnO4 u 1 litri otopine
26 // Ekvivalentna težina KMnO4 = 158.034/5 = 31.6068 g/ekv (za redoks reakcije)
27 double weight = 3.16; // grami
28 double equivalentWeight = 31.6068; // grami/ekvivalent
29 double volume = 1.0; // litri
30
31 double normality = calculateNormality(weight, equivalentWeight, volume);
32 std::cout << "Normalnost: " << std::fixed << std::setprecision(4) << normality << " eq/L" << std::endl;
33 // Izlaz: Normalnost: 0.1000 eq/L
34 } catch (const std::exception& e) {
35 std::cerr << "Greška: " << e.what() << std::endl;
36 }
37
38 return 0;
39}
40
1def calculate_normality(weight, equivalent_weight, volume)
2 # Validacija unosa
3 if equivalent_weight <= 0 || volume <= 0
4 raise ArgumentError, "Ekvivalentna težina i volumen moraju biti pozitivni"
5 end
6
7 # Izračunajte normalnost
8 normality = weight / (equivalent_weight * volume)
9 return normality
10end
11
12# Primjer: Izračunajte normalnost otopine oksalne kiseline
13# 6.3 g oksalne kiseline (H2C2O4) u 1 litri otopine
14# Ekvivalentna težina oksalne kiseline = 90/2 = 45 g/ekv (budući da ima 2 zamjenjiva H+ iona)
15weight = 6.3 # grami
16equivalent_weight = 45 # grami/ekvivalent
17volume = 1.0 # litri
18
19begin
20 normality = calculate_normality(weight, equivalent_weight, volume)
21 puts "Normalnost: %.4f eq/L" % normality # Izlaz: Normalnost: 0.1400 eq/L
22rescue ArgumentError => e
23 puts "Greška: #{e.message}"
24end
25
Dane informacije:
Korak 1: Izračunajte ekvivalentnu težinu Ekvivalentna težina = Molekulska težina ÷ Broj zamjenjivih H⁺ iona Ekvivalentna težina = 98.08 g/mol ÷ 2 = 49.04 g/ekv
Korak 2: Izračunajte normalnost 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
Rezultat: Normalnost otopine sulfurne kiseline je 0.2N.
Dane informacije:
Korak 1: Izračunajte ekvivalentnu težinu Ekvivalentna težina = Molekulska težina ÷ Broj zamjenjivih OH⁻ iona Ekvivalentna težina = 40 g/mol ÷ 1 = 40 g/ekv
Korak 2: Izračunajte normalnost N = W/(E × V) N = 10 g ÷ (40 g/ekv × 0.5 L) N = 10 g ÷ 20 g/L N = 0.5 eq/L
Rezultat: Normalnost otopine natrijeve hidroksida je 0.5N.
Dane informacije:
Korak 1: Izračunajte ekvivalentnu težinu Ekvivalentna težina = Molekulska težina ÷ Broj prenesenih elektrona Ekvivalentna težina = 158.034 g/mol ÷ 5 = 31.6068 g/ekv
Korak 2: Izračunajte normalnost 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
Rezultat: Normalnost otopine kalijevog permanganata je 0.1N.
Dane informacije:
Korak 1: Izračunajte ekvivalentnu težinu Ekvivalentna težina = Molekulska težina ÷ Naboj iona Ekvivalentna težina = 110.98 g/mol ÷ 2 = 55.49 g/ekv
Korak 2: Izračunajte normalnost 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
Rezultat: Normalnost otopine kalcijevog klorida je 0.2N.
Molaritet (M) mjeri broj molova otopine po litri otopine, dok normalnost (N) mjeri broj gram ekvivalenata po litri. Ključna razlika je u tome što normalnost uzima u obzir reaktivni kapacitet otopine, a ne samo broj molekula. Za kiseline i baze, N = M × broj zamjenjivih H⁺ ili OH⁻ iona. Na primjer, 1M otopina H₂SO₄ je 2N jer svaka molekula može donirati dva H⁺ iona.
Ekvivalentna težina ovisi o vrsti reakcije:
Da, normalnost može biti veća od molarnosti za spojeve koji imaju više reaktivnih jedinica po molekuli. Na primjer, 1M otopina H₂SO₄ je 2N jer svaka molekula ima dva zamjenjiva H⁺ iona. Međutim, normalnost nikada ne može biti manja od molarnosti za isti spoj.
Normalnost je posebno korisna u titracijama jer se izravno odnosi na reaktivni kapacitet otopine. Kada otopine jednake normalnosti reagiraju, to čine u jednakim volumenima, bez obzira na specifične spojeve koji su uključeni. To pojednostavljuje proračune u titracijama kiselina i baza, redoks titracijama i analizama precipitata.
Promjene temperature mogu utjecati na volumen otopine zbog toplinske ekspanzije ili kontrakcije, što zauzvrat utječe na njenu normalnost. Budući da je normalnost definirana kao ekvivalenti po litri, svaka promjena volumena će promijeniti normalnost. Zbog toga se temperatura često navodi kada se izvještava o vrijednostima normalnosti.
Normalnost je najkorisnija za reakcije gdje je koncept ekvivalenata jasno definiran, kao što su reakcije kiselina i baza, redoks reakcije i reakcije precipitacije. Manje je korisna za složene reakcije gdje je broj reaktivnih jedinica nejasan ili varijabilan.
Negativne vrijednosti za težinu, ekvivalentnu težinu ili volumen su fizički besmislene u kontekstu koncentracije otopine. Kalkulator će prikazati poruku o grešci ako se unesu negativne vrijednosti. Slično tome, nulte vrijednosti za ekvivalentnu težinu ili volumen rezultirat će dijeljenjem s nulom i nisu dopuštene.
Kalkulator pruža rezultate s četiri decimalna mjesta preciznosti, što je dovoljno za većinu laboratorijskih i obrazovnih svrha. Međutim, točnost rezultata ovisi o točnosti unesenih vrijednosti, posebno ekvivalentne težine, koja može varirati ovisno o specifičnom kontekstu reakcije.
Kalkulator je dizajniran za otopine s jednim otopinom. Za otopine s više otopina, trebali biste odvojeno izračunati normalnost svake otopine, a zatim razmotriti specifičan kontekst vaše primjene kako biste odredili kako interpretirati kombiniranu normalnost.
Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., & Woodward, P. M. (2017). Kemija: Središnja znanost (14. izd.). Pearson.
Harris, D. C. (2015). Kvantitativna kemijska analiza (9. izd.). W. H. Freeman and Company.
Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J., & Crouch, S. R. (2013). Osnove analitičke kemije (9. izd.). Cengage Learning.
Chang, R., & Goldsby, K. A. (2015). Kemija (12. izd.). McGraw-Hill Education.
Atkins, P., & de Paula, J. (2014). Atkinsova fizikalna kemija (10. izd.). Oxford University Press.
Christian, G. D., Dasgupta, P. K., & Schug, K. A. (2013). Analitička kemija (7. izd.). John Wiley & Sons.
"Normalnost (kemija)." Wikipedia, Wikimedia Foundation, https://en.wikipedia.org/wiki/Normality_(chemistry). Pristupljeno 2. kolovoza 2024.
"Ekvivalentna težina." Chemistry LibreTexts, https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Analytical_Chemistry/Supplemental_Modules_(Analytical_Chemistry)/Quantifying_Nature/Units_of_Measure/Equivalent_Weight. Pristupljeno 2. kolovoza 2024.
Isprobajte naš kalkulator normalnosti sada kako biste brzo odredili koncentraciju vaših kemijskih otopina u terminima ekvivalenata po litri. Bilo da pripremate otopine za titracije, standardizirate reagens ili provodite druge analitičke postupke, ovaj alat će vam pomoći da postignete točne i pouzdane rezultate.
Otkrijte više alata koji bi mogli biti korisni za vaš radni proces