Normalitātes kalkulators | Aprēķiniet šķīduma koncentrāciju (eq/L)

Kas ir normalitātes kalkulators?

Normalitātes kalkulators nosaka ķīmiskā šķīduma normalitāti — koncentrācijas mēru, ko galvenokārt izmanto titrēšanā. Tas aprēķina rezultātu, izmantojot trīs ievaddatus: izšķīdušās vielas (šķīdināmās vielas) masu, tās ekvivalentmasu un šķīduma tilpumu.

Kas ir normalitāte ķīmijā?

Normalitāte (N) izsaka koncentrāciju gramu ekvivalentos uz litru (ekv/L). Ekvivalents ir vielas daudzums, kas reaģē ar vienu no tālāk minētajiem daudzumiem vai to nodrošina:

• vienu molu H⁺ jonu skābju-bāzu reakcijā
• vienu molu elektronu redoksreakcijā
• vienu molu lādiņa nokrišņu veidošanās vai kompleksveidošanās reakcijā

Normalitāte ir noderīga, jo vienādi šķīdumu tilpumi ar vienādu normalitāti savstarpēji reaģē pilnībā. Sajaucot 50 mL 0,1 N sālsskābes ar 50 mL 0,1 N nātrija hidroksīda, reakcija norisinās pilnībā. Tas ir spēkā neatkarīgi no izmantotās skābes vai bāzes, tāpēc titrēšanas aprēķini kļūst vienkāršāki. Izmantojot molaritāti, šāds salīdzinājums būtu atkarīgs no reakcijas stehiometrijas.

Normalitātes formula

Normalitāti aprēķina pēc šādas formulas:

N = W / (E × V)

• N = normalitāte ekvivalentos uz litru (ekv/L)
• W = šķīdināmās vielas masa gramos
• E = šķīdināmās vielas ekvivalentmasa gramos uz ekvivalentu (g/ekv)
• V = šķīduma tilpums litros

Kā noteikt ekvivalentmasu

Ekvivalentmasa nav vielas nemainīga īpašība. Tā ir atkarīga no reakcijas, kurā viela piedalās.

Skābes: molekulmasu dala ar H⁺ jonu skaitu, ko skābe var atdot. Sālsskābe (HCl; molekulmasa aptuveni 36,5 g/mol) atdod vienu H⁺, tāpēc tās ekvivalentmasa ir 36,5 g/ekv. Sērskābe (H₂SO₄; molekulmasa aptuveni 98 g/mol) atdod divus H⁺ jonus, tāpēc tās ekvivalentmasa ir 49 g/ekv.

Bāzes: molekulmasu dala ar OH⁻ jonu skaitu. Nātrija hidroksīdam (NaOH) ir viens OH⁻ jons, tāpēc tā ekvivalentmasa ir vienāda ar molekulmasu — aptuveni 40 g/ekv. Kalcija hidroksīdam (Ca(OH)₂) ir divi OH⁻ joni, tāpēc tā ekvivalentmasa ir puse no molekulmasas.

Redoksreakcijas: molekulmasu dala ar pārnesto elektronu skaitu. Kālija permanganāts (KMnO₄) skābā šķīdumā pārnes 5 elektronus, bet stipri sārmainā šķīdumā tikai 1 elektronu, tāpēc tā ekvivalentmasa mainās atkarībā no reakcijas apstākļiem.

Nokrišņu veidošanās un kompleksveidošanās reakcijas: molekulmasu dala ar iesaistīto jonu lādiņu. Kalcija hlorīds (CaCl₂; molekulmasa aptuveni 111 g/mol) veido Ca²⁺ jonu, tāpēc tā ekvivalentmasa ir aptuveni 55,5 g/ekv.

Tā kā ekvivalentmasa ir atkarīga no reakcijas, vienam un tam pašam savienojumam var būt vairākas ekvivalentmasas.

Kā aprēķināt normalitāti: soli pa solim

1. Nosveriet šķīdināmo vielu gramos. Tas ir W.
2. Aprēķiniet ekvivalentmasu konkrētajai reakcijai. Tas ir E.
3. Izmēriet galīgo šķīduma tilpumu un pārvērtiet to litros. Tas ir V.
4. Daliet W ar E un V reizinājumu.

Bieža kļūda ir aizmirst pārvērst mililitrus litros. Šķīdumam, kura tilpums ir 250 mL, V = 0,25, nevis V = 250.

Aprēķina piemērs

Sērskābes (H₂SO₄) molekulmasa ir aptuveni 98 g/mol. Skābju-bāzu reakcijā tā atdod divus H⁺ jonus, tāpēc:

E = 98 g/mol ÷ 2 = 49 g/ekv

Pieņemsim, ka 4,9 g H₂SO₄ ir izšķīdināti un šķīduma tilpums palielināts līdz 0,5 L.

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

Ja W ir gramos, E — g/ekv un V — litros, rezultāts tiek izteikts ekv/L. Šķīduma normalitāte ir 0,2 N.

Otrs piemērs: no 10 g nātrija hidroksīda ar ekvivalentmasu 40 g/ekv pagatavots 0,5 L šķīduma dod N = 10 ÷ (40 × 0,5) = 0,5 ekv/L.

Normalitāte un molaritāte

Molaritāte (M) izsaka šķīdināmās vielas molu skaitu uz litru šķīduma neatkarīgi no tā, cik reaktīvo vienību satur katra molekula. Normalitāti un molaritāti saista šāda sakarība:

N = M × n

kur n ir ekvivalentu skaits uz molu. 1 M H₂SO₄ šķīdums ir 2 N, jo katra molekula nodrošina divus H⁺ jonus. Vielai, kuras molekulā ir tikai viena reaktīvā vienība, piemēram, HCl, normalitāte un molaritāte ir vienādi skaitļi.

Normalitāte var būt vienāda ar molaritāti vai lielāka par to, bet nekad nav mazāka. Mūsdienu ķīmijas pētniecībā un mācību procesā galvenokārt izmanto molaritāti, jo jēdziens “ekvivalenti” sarežģītās vai redoksreakcijās var būt neskaidrs. Normalitāti joprojām bieži izmanto ar titrēšanu saistītās jomās, piemēram, ūdens attīrīšanā un farmaceitiskās kvalitātes kontrolē, kur atzītas metodes ir formulētas, izmantojot normalitāti.

Kur izmanto normalitāti

Normalitāti galvenokārt izmanto skābju-bāzu un redoks titrēšanā, kur laboratorijās glabā standartizētus skābju un bāzu šķīdumus, parasti ar koncentrāciju 0,1 N, piemēram, HCl, NaOH un H₂SO₄. Šķīdumu vienādi tilpumi ar vienādu normalitāti reaģē pilnībā, tāpēc titrēšanas beigu punktus var viegli aprēķināt, katru reizi nenosakot reakcijas stehiometriju.

Ārpus laboratorijas ūdens attīrīšanas iekārtās normalitāti izmanto, lai dozētu ķimikālijas pH regulēšanai. Dažās farmācijas un rūpnieciskās kvalitātes kontroles procedūrās koncentrācijas arī norāda normalitātē, galvenokārt vecākās, nostiprinātās testēšanas metodēs.

Biežāk uzdotie jautājumi

Kā aprēķināt šķīduma normalitāti? Izmantojiet formulu N = W / (E × V), kur W ir šķīdināmās vielas masa gramos, E ir tās ekvivalentmasa g/ekv un V ir šķīduma tilpums litros. Ekvivalentmasa ir atkarīga no reakcijas veida.

Kāda ir atšķirība starp normalitāti un molaritāti? Molaritāte uzskaita šķīdināmās vielas molu skaitu litrā. Normalitāte uzskaita ekvivalentu jeb reaktīvo vienību skaitu litrā. 1 M H₂SO₄ šķīdums ir 2 N, jo katra molekula var atdot divus H⁺ jonus.

Kā noteikt savienojuma ekvivalentmasu? Molekulmasu dala ar H⁺ vai OH⁻ jonu skaitu, ar kuriem viela reaģē (skābēm un bāzēm), ar pārnesto elektronu skaitu (redoksreakcijām) vai ar jonu lādiņu (nokrišņu veidošanās reakcijām).

Vai normalitāte var būt lielāka par molaritāti? Jā, jebkurai vielai, kuras molekulā ir vairāk nekā viena reaktīvā vienība. Normalitāte nekad nav mazāka par molaritāti, un tā ir vienāda ar molaritāti tikai tad, ja molekulā ir tieši viena reaktīvā vienība.

Kāpēc normalitāte ir noderīga titrēšanā? Šķīdumu vienādi tilpumi ar vienādu normalitāti savstarpēji reaģē pilnībā neatkarīgi no izmantotās skābes vai bāzes. Tādējādi pirms titrēšanas nav jāaprēķina stehiometriskās attiecības.

Kas notiek, ja ievadu negatīvu masu vai nulles vai negatīvu tilpumu? Kalkulators šīs vērtības noraida. Masai jābūt nullei vai lielākai. Ekvivalentmasai un tilpumam abiem jābūt lielākiem par nulli, jo nulles vai negatīva vērtība saucējā padara formulu nenoteiktu.