เครื่องคำนวณความเป็นปกติ | คำนวณความเข้มข้นสารละลาย (eq/L)

เครื่องคำนวณนอร์มัลลิตีคืออะไร?

เครื่องคำนวณนอร์มัลลิตีใช้หานอร์มัลลิตีของสารละลายเคมี ซึ่งเป็นค่าความเข้มข้นที่ใช้เป็นหลักในการไทเทรต โดยคำนวณจากข้อมูลสามรายการ ได้แก่ น้ำหนักของสารที่ละลาย (ตัวถูกละลาย) น้ำหนักสมมูล และปริมาตรของสารละลาย

นอร์มัลลิตีในเคมีคืออะไร?

นอร์มัลลิตี (N) ใช้วัดความเข้มข้นเป็นกรัมสมมูลต่อลิตร (eq/L) สมมูลคือปริมาณของสารที่ทำปฏิกิริยากับหรือให้สิ่งใดสิ่งหนึ่งต่อไปนี้:

• ไฮโดรเจนไอออนหนึ่งโมล H⁺ ในปฏิกิริยากรด-เบส
• อิเล็กตรอนหนึ่งโมล ในปฏิกิริยารีดอกซ์
• ประจุหนึ่งโมลในปฏิกิริยาการตกตะกอนหรือการเกิดสารเชิงซ้อน

นอร์มัลลิตีมีประโยชน์เพราะสารละลายที่มีนอร์มัลลิตีเท่ากันเมื่อใช้ปริมาตรเท่ากันจะทำปฏิกิริยากันได้อย่างสมบูรณ์ ผสมกรดไฮโดรคลอริก 50 มล. ที่มีความเข้มข้น 0.1 N กับโซเดียมไฮดรอกไซด์ 50 มล. ที่มีความเข้มข้น 0.1 N แล้วปฏิกิริยาจะเกิดจนสมบูรณ์พอดี หลักการนี้ใช้ได้ไม่ว่าจะใช้กรดหรือเบสชนิดใด จึงช่วยให้การคำนวณการไทเทรตง่ายขึ้น ส่วนโมลาริตี การเปรียบเทียบแบบเดียวกันจะขึ้นอยู่กับสัดส่วนสัมพันธ์ทางปริมาณสารของปฏิกิริยา

สูตรนอร์มัลลิตี

นอร์มัลลิตีคำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้:

N = W / (E × V)

• N = นอร์มัลลิตี มีหน่วยเป็นสมมูลต่อลิตร (eq/L)
• W = น้ำหนักของตัวถูกละลาย มีหน่วยเป็นกรัม
• E = น้ำหนักสมมูลของตัวถูกละลาย มีหน่วยเป็นกรัมต่อสมมูล (g/eq)
• V = ปริมาตรของสารละลาย มีหน่วยเป็นลิตร

วิธีหาน้ำหนักสมมูล

น้ำหนักสมมูลไม่ใช่สมบัติคงที่ของสาร แต่ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาที่สารนั้นเข้าร่วม

กรด: หารมวลโมเลกุลด้วยจำนวนไอออน H⁺ ที่กรดสามารถให้ได้ กรดไฮโดรคลอริก (HCl มีมวลโมเลกุลประมาณ 36.5 ก./mol) ให้ H⁺ ได้หนึ่งไอออน ดังนั้นน้ำหนักสมมูลจึงเท่ากับ 36.5 ก./eq กรดซัลฟิวริก (H₂SO₄ มีมวลโมเลกุลประมาณ 98 ก./mol) ให้ H⁺ ได้สองไอออน ดังนั้นน้ำหนักสมมูลจึงเท่ากับ 49 ก./eq

เบส: หารมวลโมเลกุลด้วยจำนวนไอออน OH⁻ โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) มี OH⁻ หนึ่งไอออน ดังนั้นน้ำหนักสมมูลจึงเท่ากับมวลโมเลกุลของสาร หรือประมาณ 40 ก./eq แคลเซียมไฮดรอกไซด์ (Ca(OH)₂) มี OH⁻ สองไอออน ดังนั้นน้ำหนักสมมูลจึงเท่ากับครึ่งหนึ่งของมวลโมเลกุล

ปฏิกิริยารีดอกซ์: หารมวลโมเลกุลด้วยจำนวนอิเล็กตรอนที่ถ่ายโอน โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (KMnO₄) ถ่ายโอนอิเล็กตรอน 5 ตัวในสารละลายกรด แต่ถ่ายโอนเพียง 1 ตัวในสารละลายด่างเข้มข้น ดังนั้นน้ำหนักสมมูลจึงเปลี่ยนไปตามสภาวะของปฏิกิริยา

ปฏิกิริยาการตกตะกอนและการเกิดสารเชิงซ้อน: หารมวลโมเลกุลด้วยประจุไอออนที่เกี่ยวข้อง แคลเซียมคลอไรด์ (CaCl₂ มีมวลโมเลกุลประมาณ 111 ก./mol) ให้ไอออน Ca²⁺ ดังนั้นน้ำหนักสมมูลจึงมีค่าประมาณ 55.5 ก./eq

เนื่องจากน้ำหนักสมมูลขึ้นอยู่กับปฏิกิริยา สารประกอบชนิดเดียวกันจึงอาจมีน้ำหนักสมมูลได้มากกว่าหนึ่งค่า

วิธีคำนวณนอร์มัลลิตีทีละขั้นตอน

1. ชั่งตัวถูกละลายเป็นกรัม ค่านี้คือ W
2. หาน้ำหนักสมมูลสำหรับปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้อง ค่านี้คือ E
3. วัดปริมาตรสุดท้ายของสารละลายและแปลงหน่วยเป็นลิตร ค่านี้คือ V
4. หาร W ด้วยผลคูณของ E และ V

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยคือการลืมแปลงมิลลิลิตรเป็นลิตร สารละลายที่ปรับปริมาตรเป็น 250 มล. ใช้ค่า V = 0.25 ไม่ใช่ V = 250

ตัวอย่างการคำนวณ

กรดซัลฟิวริก (H₂SO₄) มีมวลโมเลกุลประมาณ 98 ก./mol ในปฏิกิริยากรด-เบส กรดนี้ให้ไอออน H⁺ สองไอออน ดังนั้น:

E = 98 ก./mol ÷ 2 = 49 ก./eq

สมมติว่านำ 4.9 ก. ของ H₂SO₄ มาละลายและปรับปริมาตรเป็น 0.5 ล. ของสารละลาย

N = W / (E × V) N = 4.9 ÷ (49 × 0.5) N = 4.9 ÷ 24.5 N = 0.2

เมื่อ W มีหน่วยเป็นกรัม E มีหน่วยเป็น g/eq และ V มีหน่วยเป็นลิตร คำตอบจะมีหน่วยเป็น eq/L สารละลายนี้มีความเข้มข้น 0.2 N

ตัวอย่างที่สอง: โซเดียมไฮดรอกไซด์ 10 ก. ที่มีน้ำหนักสมมูล 40 ก./eq เมื่อนำมาปรับปริมาตรเป็น 0.5 ล. ของสารละลาย จะได้ N = 10 ÷ (40 × 0.5) = 0.5 eq/L

นอร์มัลลิตีเทียบกับโมลาริตี

โมลาริตี (M) ใช้วัดจำนวนโมลของตัวถูกละลายต่อลิตรของสารละลาย โดยไม่คำนึงว่าแต่ละโมเลกุลมีหน่วยที่ทำปฏิกิริยากี่หน่วย นอร์มัลลิตีและโมลาริตีมีความสัมพันธ์ดังนี้:

N = M × n

โดย n คือจำนวนสมมูลต่อโมล สารละลาย 1 M ของ H₂SO₄ มีความเข้มข้น 2 N เพราะแต่ละโมเลกุลให้ไอออน H⁺ สองไอออน สำหรับสารที่มีหน่วยทำปฏิกิริยาเพียงหนึ่งหน่วยต่อโมเลกุล เช่น HCl นอร์มัลลิตีและโมลาริตีจะมีค่าเป็นตัวเลขเดียวกัน

นอร์มัลลิตีอาจเท่ากับหรือสูงกว่าโมลาริตี แต่ไม่เคยต่ำกว่า งานวิจัยและการเรียนการสอนเคมีสมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้โมลาริตี เพราะคำว่า “สมมูล” อาจกำกวมในปฏิกิริยาที่ซับซ้อนหรือปฏิกิริยารีดอกซ์ อย่างไรก็ตาม นอร์มัลลิตียังคงใช้กันทั่วไปในสาขาที่อาศัยการไทเทรต เช่น การบำบัดน้ำและการควบคุมคุณภาพเภสัชภัณฑ์ ซึ่งวิธีมาตรฐานที่ใช้กันมักระบุความเข้มข้นในรูปนอร์มัลลิตี

การใช้นอร์มัลลิตี

นอร์มัลลิตีใช้เป็นหลักในการไทเทรตกรด-เบสและรีดอกซ์ โดยห้องปฏิบัติการจะเก็บสารละลายมาตรฐาน ซึ่งมักมีความเข้มข้น 0.1 N ของกรดและเบส เช่น HCl, NaOH และ H₂SO₄ สารละลายที่มีนอร์มัลลิตีเท่ากันเมื่อใช้ปริมาตรเท่ากันจะทำปฏิกิริยาจนสมบูรณ์ ทำให้คำนวณจุดยุติของการไทเทรตได้ง่ายโดยไม่ต้องคำนวณสัดส่วนสัมพันธ์ทางปริมาณสารของปฏิกิริยาใหม่ทุกครั้ง

นอกห้องปฏิบัติการ โรงบำบัดน้ำใช้นอร์มัลลิตีเพื่อกำหนดปริมาณสารเคมีสำหรับปรับค่า pH กระบวนการควบคุมคุณภาพทางเภสัชกรรมและอุตสาหกรรมบางประเภทก็ระบุความเข้มข้นเป็นนอร์มัลลิตีเช่นกัน โดยเฉพาะในวิธีทดสอบมาตรฐานเก่าแก่ที่ใช้กันมา

คำถามที่พบบ่อย

ฉันจะคำนวณนอร์มัลลิตีของสารละลายได้อย่างไร ใช้ N = W / (E × V) โดย W คือน้ำหนักของตัวถูกละลายเป็นกรัม E คือน้ำหนักสมมูลในหน่วย g/eq และ V คือปริมาตรของสารละลายเป็นลิตร น้ำหนักสมมูลขึ้นอยู่กับชนิดของปฏิกิริยา

นอร์มัลลิตีและโมลาริตีแตกต่างกันอย่างไร โมลาริตีนับจำนวนโมลของตัวถูกละลายต่อลิตร ส่วนนอร์มัลลิตีนับจำนวนสมมูล หรือหน่วยที่ทำปฏิกิริยา ต่อลิตร สารละลาย 1 M ของ H₂SO₄ มีความเข้มข้น 2 N เพราะแต่ละโมเลกุลสามารถให้ไอออน H⁺ ได้สองไอออน

ฉันจะหาน้ำหนักสมมูลของสารประกอบได้อย่างไร หารมวลโมเลกุลด้วยจำนวนไอออน H⁺ หรือ OH⁻ ที่สารทำปฏิกิริยาด้วย (สำหรับกรดและเบส) หารด้วยจำนวนอิเล็กตรอนที่ถ่ายโอน (สำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์) หรือหารด้วยประจุไอออน (สำหรับปฏิกิริยาการตกตะกอน)

นอร์มัลลิตีสูงกว่าโมลาริตีได้หรือไม่ ได้ สำหรับสารใดก็ตามที่มีหน่วยทำปฏิกิริยามากกว่าหนึ่งหน่วยต่อโมเลกุล นอร์มัลลิตีไม่เคยต่ำกว่าโมลาริตี และจะเท่ากับโมลาริตีเฉพาะเมื่อมีหน่วยทำปฏิกิริยาเพียงหนึ่งหน่วยต่อโมเลกุลเท่านั้น

เหตุใดนอร์มัลลิตีจึงมีประโยชน์ในการไทเทรต สารละลายที่มีนอร์มัลลิตีเท่ากันเมื่อใช้ปริมาตรเท่ากันจะทำปฏิกิริยากันได้อย่างสมบูรณ์ ไม่ว่าจะใช้กรดหรือเบสชนิดใด จึงไม่จำเป็นต้องหาสัดส่วนสัมพันธ์ทางปริมาณสารก่อนการไทเทรต

จะเกิดอะไรขึ้นหากป้อนน้ำหนักเป็นค่าลบ หรือป้อนปริมาตรเป็นศูนย์หรือลบ เครื่องคำนวณจะปฏิเสธค่าเหล่านี้ น้ำหนักต้องมีค่าเป็นศูนย์หรือมากกว่า ส่วนน้ำหนักสมมูลและปริมาตรต้องมากกว่าศูนย์ทั้งคู่ เนื่องจากค่าศูนย์หรือลบในตัวส่วนทำให้สูตรไม่มีนิยาม