Normalumo skaičiuoklė | Apskaičiuokite tirpalo koncentraciją (ekv/L)

Kas yra normalumo skaičiuotuvas?

Normalumo skaičiuotuvas nustato cheminio tirpalo normalumą – koncentracijos dydį, daugiausia naudojamą titruojant. Atsakymas apskaičiuojamas pagal tris įvestis: ištirpusios medžiagos (tirpinio) masę, jos ekvivalentinę masę ir tirpalo tūrį.

Kas yra normalumas chemijoje?

Normalumas (N) išreiškia koncentraciją gramų ekvivalentais litre (eq/L). Ekvivalentas – tai medžiagos kiekis, kuris reaguoja su vienu iš toliau nurodytų kiekių arba jį suteikia:

• Vienu moliu H⁺ jonų rūgšties ir bazės reakcijoje
• Vienu moliu elektronų oksidacijos-redukcijos reakcijoje
• Vienu moliu krūvio nusodinimo arba kompleksų susidarymo reakcijoje

Normalumas naudingas todėl, kad vienodi vienodo normalumo tirpalų tūriai visiškai sureaguoja tarpusavyje. Sumaišius 50 mL 0,1 N druskos rūgšties su 50 mL 0,1 N natrio hidroksido, reakcija tiksliai visiškai įvyksta. Tai galioja nepriklausomai nuo naudojamos rūgšties ar bazės, todėl palengvina titravimo skaičiavimus. Naudojant molinę koncentraciją, toks pats palyginimas priklausytų nuo reakcijos stechiometrijos.

Normalumo formulė

Normalumas apskaičiuojamas pagal šią formulę:

N = W / (E × V)

• N = normalumas, ekvivalentais litre (eq/L)
• W = tirpinio masė gramais
• E = tirpinio ekvivalentinė masė, gramais ekvivalentui (g/eq)
• V = tirpalo tūris litrais

Kaip nustatyti ekvivalentinę masę

Ekvivalentinė masė nėra nekintama medžiagos savybė. Ji priklauso nuo reakcijos, kurioje medžiaga dalyvauja.

Rūgštys: Molekulinę masę padalykite iš H⁺ jonų, kuriuos rūgštis gali atiduoti, skaičiaus. Druskos rūgštis (HCl, molekulinė masė – apie 36,5 g/mol) atiduoda vieną H⁺, todėl jos ekvivalentinė masė yra 36,5 g/eq. Sieros rūgštis (H₂SO₄, molekulinė masė – apie 98 g/mol) atiduoda du H⁺ jonus, todėl jos ekvivalentinė masė yra 49 g/eq.

Bazės: Molekulinę masę padalykite iš OH⁻ jonų skaičiaus. Natrio hidroksidas (NaOH) turi vieną OH⁻, todėl jo ekvivalentinė masė lygi molekulinei masei – apie 40 g/eq. Kalcio hidroksidas (Ca(OH)₂) turi du OH⁻ jonus, todėl jo ekvivalentinė masė lygi pusei molekulinės masės.

Oksidacijos-redukcijos reakcijos: Molekulinę masę padalykite iš perduodamų elektronų skaičiaus. Kalio permanganatas (KMnO₄) rūgštiniame tirpale perduoda 5 elektronus, o stipriai šarminiame tirpale – tik 1, todėl jo ekvivalentinė masė kinta priklausomai nuo reakcijos sąlygų.

Nusodinimo ir kompleksų susidarymo reakcijos: Molekulinę masę padalykite iš dalyvaujančio joninio krūvio. Kalcio chloridas (CaCl₂, molekulinė masė – apie 111 g/mol) sudaro Ca²⁺ joną, todėl jo ekvivalentinė masė yra apie 55,5 g/eq.

Kadangi ekvivalentinė masė priklauso nuo reakcijos, tas pats junginys gali turėti daugiau nei vieną ekvivalentinę masę.

Kaip apskaičiuoti normalumą: žingsnis po žingsnio

1. Pasverkite tirpinį gramais. Tai yra W.
2. Apskaičiuokite konkrečioje reakcijoje dalyvaujančią ekvivalentinę masę. Tai yra E.
3. Išmatuokite galutinį tirpalo tūrį ir paverskite jį litrais. Tai yra V.
4. Padalykite W iš E ir V sandaugos.

Dažna klaida – pamirštama mililitrus paversti litrais. Tirpalui, kurio galutinis tūris yra 250 mL, naudojama V = 0,25, o ne V = 250.

Skaičiavimo pavyzdys

Sieros rūgšties (H₂SO₄) molekulinė masė yra apie 98 g/mol. Rūgšties ir bazės reakcijoje ji atiduoda du H⁺ jonus, todėl:

E = 98 g/mol ÷ 2 = 49 g/eq

Tarkime, kad 4,9 g H₂SO₄ ištirpinama ir tirpalo tūris padidinamas iki 0,5 L.

N = W / (E × V) N = 4,9 ÷ (49 × 0,5) N = 4,9 ÷ 24,5 N = 0,2

Kai W išreikštas gramais, E – g/eq, o V – litrais, gaunamas atsakymas eq/L. Tirpalo normalumas yra 0,2 N.

Antras pavyzdys: 10 g natrio hidroksido, kurio ekvivalentinė masė yra 40 g/eq, ištirpinus ir padidinus tirpalo tūrį iki 0,5 L, gaunama N = 10 ÷ (40 × 0,5) = 0,5 eq/L.

Normalumas ir moliariškumas

Moliariškumas (M) išreiškia tirpinio molių skaičių litre tirpalo, neatsižvelgiant į tai, kiek reaktyviųjų vienetų turi kiekviena molekulė. Normalumą ir moliariškumą sieja lygtis:

N = M × n

čia n yra ekvivalentų skaičius viename molyje. 1 M H₂SO₄ tirpalas yra 2 N, nes kiekviena molekulė suteikia du H⁺ jonus. Medžiagos, kurios molekulėje yra tik vienas reaktyvusis vienetas, pavyzdžiui, HCl, normalumas ir moliariškumas yra tas pats skaičius.

Normalumas gali būti lygus moliariškumui arba už jį didesnis, bet niekada nebūna mažesnis. Daugumoje šiuolaikinių chemijos tyrimų ir mokymo programų naudojamas moliariškumas, nes „ekvivalentų“ sąvoka sudėtingose arba oksidacijos-redukcijos reakcijose gali būti neaiški. Normalumas tebėra dažnai naudojamas titravimu grindžiamose srityse, pavyzdžiui, vandens valyme ir vaistų kokybės kontrolėje, kur nusistovėję metodai aprašomi remiantis normalumu.

Kur naudojamas normalumas

Normalumas daugiausia naudojamas rūgščių ir bazių bei oksidacijos-redukcijos titravimuose, kuriuose laboratorijos naudoja standartizuotus tirpalus, dažnai 0,1 N koncentracijos, tokių rūgščių ir bazių kaip HCl, NaOH ir H₂SO₄. Vienodi vienodo normalumo tirpalų tūriai visiškai sureaguoja, todėl titravimo ekvivalentinį tašką lengva apskaičiuoti kiekvieną kartą nenustatinėjant reakcijos stechiometrijos.

Už laboratorijos ribų vandens valymo įmonės naudoja normalumą cheminėms medžiagoms dozuoti ir pH reguliuoti. Kai kuriose vaistų ir pramonės kokybės kontrolės procedūrose taip pat nurodomos normalumo koncentracijos, daugiausia senesniuose nusistovėjusiuose tyrimo metoduose.

Dažnai užduodami klausimai

Kaip apskaičiuoti tirpalo normalumą? Naudokite formulę N = W / (E × V), kur W yra tirpinio masė gramais, E – jo ekvivalentinė masė g/eq, o V – tirpalo tūris litrais. Ekvivalentinė masė priklauso nuo reakcijos tipo.

Kuo skiriasi normalumas ir moliariškumas? Moliariškumas skaičiuoja tirpinio molių skaičių litre. Normalumas skaičiuoja ekvivalentų, t. y. reaktyviųjų vienetų, skaičių litre. 1 M H₂SO₄ tirpalas yra 2 N, nes kiekviena molekulė gali atiduoti du H⁺ jonus.

Kaip nustatyti junginio ekvivalentinę masę? Molekulinę masę padalykite iš H⁺ arba OH⁻ jonų, su kuriais medžiaga reaguoja, skaičiaus (rūgštims ir bazėms), perduodamų elektronų skaičiaus (oksidacijos-redukcijos reakcijoms) arba joninio krūvio (nusodinimo reakcijoms).

Ar normalumas gali būti didesnis už moliariškumą? Taip, bet kurios medžiagos, kurios molekulėje yra daugiau nei vienas reaktyvusis vienetas, normalumas gali būti didesnis už moliariškumą. Normalumas niekada nebūna mažesnis už moliariškumą ir yra jam lygus tik tada, kai molekulėje yra tiksliai vienas reaktyvusis vienetas.

Kodėl normalumas naudingas titruojant? Vienodi vienodo normalumo tirpalų tūriai visiškai sureaguoja tarpusavyje, nepriklausomai nuo naudojamos rūgšties ar bazės. Todėl prieš titruojant nereikia apskaičiuoti stechiometrinių santykių.

Kas nutinka, jei įvedu neigiamą masę arba nulinį ar neigiamą tūrį? Skaičiuotuvas atmeta šias reikšmes. Masė turi būti lygi nuliui arba didesnė. Ekvivalentinė masė ir tūris turi būti didesni už nulį, nes dėl nulinės arba neigiamos vardiklio reikšmės formulė neturi apibrėžtos reikšmės.