Normalität ist eine Einheit der Konzentration einer chemischen Lösung, definiert als das Grammäquivalentgewicht des gelösten Stoffes pro Liter Lösung. Normalität wird auch äquivalente Konzentration genannt. Es wird durch das Symbol „N“ oder „eq / L“ (Äquivalente pro Liter) angezeigt. Um das Grammäquivalentgewicht zu ermitteln, müssen Sie wissen, wie viele Wasserstoffionen (H + oder H3O +), Hydroxidionen (OH–) oder Elektronen (e–) in einer Reaktion übertragen werden, oder Sie müssen die Wertigkeit der chemischen Spezies kennen.
Die International Union of Pure and Applied Chemistry rät von der Verwendung dieses Geräts ab, aber Sie können es im Chemieunterricht oder im Labor finden, insbesondere bei Säure-Base-Titrationen und Redoxreaktionen. Hier sehen Sie die verschiedenen Möglichkeiten zur Berechnung der Normalität der Lösung sowie Beispiele.
Schritte zur Lösung von Normalitätsproblemen
- Erhalten Sie Informationen, um die Anzahl der gebildeten Äquivalente oder das Äquivalentgewicht des gelösten Stoffes oder der Reaktanten zu bestimmen. Normalerweise müssen Sie die Wertigkeit, das Molekulargewicht und die vollständige Dissoziation oder Auflösung einer Substanz kennen.
- Berechnen Sie das Grammäquivalent des gelösten Stoffes.
- Denken Sie daran, dass das Volumen der Lösung in Litern angegeben ist.
Normalitätsformeln
Es gibt einige Formeln, die zur Berechnung der Normalität verwendet werden. Welches Sie verwenden, hängt von der Situation ab:
N = M x n
Hier ist M die Molarität in Mol pro Liter und n die Anzahl der produzierten Äquivalente. Die Anzahl der Äquivalente ist eine ganze Zahl für Säure-Base-Reaktionen, könnte aber ein Bruchteil in einer Redoxreaktion sein.
N = Anzahl der Grammäquivalente / Volumen der Lösung in Litern
N = Gewicht des gelösten Stoffes in Gramm /
N = Molarität x Säuregehalt
N = Molarität x Basizität
N1 V1 = N2 V2
In einer Titration:
- N1 = Normalität der sauren Lösung
- V1 = Volumen der sauren Lösung
- N2 = Normalität der basischen Lösung
- V23 = Volumen der basischen Lösung
Alternativ können Sie diese Gleichung verwenden, um Lösungen mit unterschiedlichen Volumina herzustellen:
Anfangsnormalität (N1) × Anfangsvolumen (V1) = Normalität der endgültigen Lösung (N2) × Endvolumen (V2)
Berechnen Sie die Normalität aus der Molarität
Es ist einfach, die Normalität aus der Molarität einer sauren oder basischen Lösung zu berechnen, wenn Sie die Anzahl der erzeugten Wasserstoff- (Säure-) oder Hydroxid- (Basen-) Ionen kennen. Oft müssen Sie den Taschenrechner nicht ausbrechen.Zum Beispiel ist eine 2 M Salzsäure (HCl) -Lösung auch eine 2 N HCl-Lösung, da jedes Salzsäuremolekül ein Mol Wasserstoffionen bildet. In ähnlicher Weise ist eine 2 M Schwefelsäure H2SO4) -Lösung eine 4 N H2SO4-Lösung, da jedes Schwefelsäuremolekül zwei Mol Wasserstoffionen produziert. Eine 2 M Phosphorsäurelösung (H3PO4) ist eine 6 N H3PO4-Lösung, da Phosphorsäure 3 Mol Wasserstoffionen produziert. Beim Umschalten auf Basen ist eine 0,05 M NaOH-Lösung auch eine 0,05 N NaOH-Lösung, da Natriumhydroxid ein Mol Hydroxidionen erzeugt.
Manchmal erfordern sogar einfache Probleme einen Taschenrechner. Nehmen wir zum Beispiel die Normalität von 0,0521 M H3PO4.
N = M x n
N = (0.0521 mol/ L)(3 eq/ 1mol)
N = 0,156 eq/L = 0,156 N
Beachten Sie, dass die Normalität von der chemischen Spezies abhängt. Wenn Sie also einen Liter einer 1 N H2SO4-Lösung haben, erhalten Sie 1 N Wasserstoffionen (H +) in einer Säure-Base–Reaktion, aber nur 0,5 N Sulfationen (SO4-) in einer Fällungsreaktion.
Die Normalität hängt auch von der chemischen Reaktion ab. Nehmen wir zum Beispiel die Normalität von 0,1 M H2SO4 (Schwefelsäure) für die Reaktion:
H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O
Gemäß der Gleichung reagieren 2 Mol H+ -Ionen (2 Äquivalente) aus Schwefelsäure mit Natriumhydroxid (NaOH) unter Bildung von Natriumsulfat (Na2SO4) und Wasser. Verwenden der Gleichung:
N = Molarität x Äquivalente
N = 0,1 x 2
N = 0,2 N
Obwohl Sie zusätzliche Informationen erhalten (Anzahl der Mol Natriumhydroxid und Wasser), haben diese keinen Einfluss auf die Antwort auf dieses Problem. Die Normalität hängt von der Anzahl der an der Reaktion beteiligten Wasserstoffionen ab. Da Schwefelsäure eine starke Säure ist, wissen Sie, dass sie vollständig in ihre Ionen dissoziiert.
Manchmal sind nicht alle Wasserstoffionen in einem Reaktanten an der Reaktion beteiligt. Lassen Sie uns zum Beispiel die Normalität von 1,0 M H3AsO4 in dieser Reaktion finden:
H3AsO4 + 2 NaOH → Na2HAsO4 + 2 H2O
Wenn Sie sich die Reaktion ansehen, sehen Sie, dass nur zwei der Wasserstoffionen in H3AsO4 mit NaOH reagieren, um das Produkt zu bilden. Es gibt also 2 Äquivalente und nicht 3, wie Sie vielleicht erwarten. Sie können die Normalität anhand der Gleichung ermitteln:
N = Molarität x Anzahl der Äquivalente
N = 1,0 x 2
N = 2.0 N
Beispiel: Normalität einer Salzlösung
Finden Sie die Normalität von 0,321 g Natriumcarbonat in einer 250 ml Lösung.
Zuerst müssen Sie die Formel für Natriumcarbonat kennen, um sein Molekulargewicht zu berechnen, und so können Sie sehen, welche Ionen es bildet, wenn es sich auflöst. Natriumcarbonat ist Na2CO3 und sein Molekulargewicht beträgt 105,99 g / mol. Wenn es sich auflöst, bildet es zwei Natriumionen und ein Carbonation. Richten Sie das Problem so ein, dass sich die Einheiten aufheben, um eine Antwort in Äquivalenten pro Liter zu geben:
N = (Masse in Gramm x Äquivalente) / (Volumen in Liter x Molekulargewicht)
Umschreiben, um die Einheitenangabe leicht sichtbar zu machen:
N = (0,321 g) x (1 mol/105,99 g) x (2 eq/1 mol) / 0,250 L
N = 0,0755 eq/L = 0,0755 N
Beispiel: Säure-Base-Titration
Finden Sie die normale Zitronensäurekonzentration, wenn 25,00 ml Zitronensäurelösung mit 28,12 ml 0,1718 N KOH-Lösung titriert werden.
Um dieses Problem zu lösen, verwenden Sie die Formel:
Na × Va = Nb × Vb
Na × (25,00 ml) = (0,1718 N) (28,12 ml)
Na = (0,1718 N) (28,12 ml)/(25,00 ml)
Na = 0.1932 N
Einschränkungen bei der Verwendung von Normalität
Bei der Verwendung von Normalität sind einige Überlegungen zu beachten:
- Normalität erfordert immer einen Äquivalenzfaktor.
- Die Normalität hängt von der Temperatur ab. Solange Sie alle Laborarbeiten bei der gleichen Temperatur (dh Raumtemperatur) durchführen, ist es stabil, aber wenn Sie eine Lösung kochen oder kühlen, sind alle Wetten aus. Wenn Sie dramatische Temperaturänderungen erwarten, verwenden Sie eine andere Einheit wie Molarität oder Massenprozent.
- Die Normalität hängt von der untersuchten Substanz und chemischen Reaktion ab. Wenn Sie beispielsweise die Normalität einer Säure in Bezug auf eine bestimmte Base berechnen, kann dies anders sein, wenn Sie die Base ändern.