Calculatrice de normalité

Normalité N = équivalents ÷ volume, où équivalents = moles × facteur n = molarité × facteur n × volume

N

La normalité — les équivalents de soluté par litre de solution. C’est l’unité dans laquelle s’écrivent les titrages, et celle qui dépend de la réaction à laquelle la substance participe

eq

Le nombre d’équivalents, la quantité à laquelle aboutissent les trois voies. Un équivalent, c’est une mole de l’entité qui réagit — de protons, d’électrons, de charge

n

Le facteur n : combien de protons ou d’électrons un motif transfère dans cette réaction précise. Il n’a pas d’unité, il vaut ici entre 1 et 10, et c’est le seul nombre que la page ne peut pas trouver pour vous

M

La molarité, la concentration ordinaire en moles par litre. La multiplier par le facteur n, c’est toute la conversion en normalité

V

Le volume de solution en litres. Il intervient deux fois : une fois pour diviser les équivalents et donner la normalité, et une fois à l’intérieur de la voie de la solution qui a produit ces équivalents

Utilisez-la partout où un titrage est écrit en normalité plutôt qu’en molarité, c’est-à-dire dans la majeure partie de l’analyse volumétrique classique. La raison d’être de cette unité est qu’un millilitre d’acide 1 N neutralise un milliéquivalent de base, quel que soit l’acide — le facteur n a déjà absorbé la différence, si bien que l’arithmétique d’un titrage se réduit à un volume multiplié par une normalité, sans rien d’autre à retenir. C’est aussi l’unité dans laquelle s’exprime la chimie clinique, où l’équivalent est la charge plutôt que la molécule et où les électrolytes sériques se lisent en milliéquivalents par litre. Si ce que vous voulez est des moles par litre sans aucun nombre dépendant d’une réaction, la page de la molarité le fait directement.

1. Un diacide, où N et M ne sont pas le même nombre

   1. La substance transfère deux protons, donc le facteur n vaut 2
   2. Équivalents : 0,5 mol × 2 = 1 eq
   3. Normalité : 1 eq ÷ 1 L = 1 N
   4. Molarité : 1 ÷ (2 × 1) = 0,5 M

   C’est la paire de nombres que la page existe pour garder droite : la solution est à 1 N et à 0,5 M en même temps, et annoncer l’une là où l’autre était voulue se trompe d’un facteur deux. La ligne des équivalents est le pivot — tout le reste n’est que ce nombre divisé par un volume, une fois avec le facteur n et une fois sans.

2. Un titrage au permanganate, où le facteur, c’est la réaction

   1. En milieu acide, le permanganate capte cinq électrons, donc le facteur n vaut 5
   2. Équivalents : 0,02 mol/L × 5 × 0,025 L = 0,0025 eq
   3. Normalité : 0,0025 ÷ 0,025 = 0,1 N
   4. En milliéquivalents : 2,5 mEq, la façon dont on noterait la lecture de la burette

   Le même permanganate à 0,02 M vaut 0,1 N ici et 0,06 N en milieu neutre, où le facteur vaut 3 — la concentration n’a pas changé, c’est la réaction qui a changé. C’est pourquoi le facteur n est une entrée plutôt qu’une valeur que la page déduirait de la formule, et pourquoi le tableau de référence ci-dessous imprime le permanganate deux fois.

3. La plus petite quantité que les champs acceptent

   1. Les équivalents sont donnés directement : 0,0001 eq, la plus petite valeur que le champ accepte
   2. Normalité : 0,0001 ÷ 100 L = 1 × 10⁻⁶ N
   3. Molarité : 0,0001 ÷ (10 × 100) = 1 × 10⁻⁷ M
   4. En milliéquivalents : 0,1 mEq

   Quatre lignes, quatre échelles différentes, et pas une seule qui affiche zéro — c’est toute la raison pour laquelle les précisions d’affichage diffèrent. La ligne de la molarité garde sept décimales plutôt que six parce qu’elle divise aussi par le facteur n, et à un facteur dix fois plus grand la plus petite réponse tombe une puissance de dix plus bas. Avec six décimales, cette ligne afficherait 0,000000, et une solution à un dixième de micromole par litre aurait l’air de n’en contenir aucune.

Le facteur n est à la charge de l’utilisateur et la page le prend pour argent comptant. Elle ne peut le confronter à rien, puisqu’il est une propriété de la réaction et non de la substance, et un facteur faux produit une réponse fausse exactement de ce facteur tout en ayant l’air parfaitement plausible — c’est la première source d’erreur des calculs de normalité, et aucune arithmétique ne peut l’attraper. Le tableau de référence donne les valeurs usuelles pour dix réactifs courants, mais ce sont des recommandations pour les réactions dans lesquelles on les emploie d’ordinaire, et non la valeur que la substance aurait nécessairement. La normalité elle-même est une unité formelle et héritée : l’IUPAC l’a retirée de ses recommandations et lui préfère aujourd’hui la concentration équivalente, ou plus simplement une concentration en mol/L accompagnée de l’équation de la réaction, parce que l’équivalent n’est pas une unité mais une convention sur la particule que l’on compte — une même solution a autant de normalités que de réactions. Les trois voies sont confrontées entre elles à un pour cent près, ce qui attrape un nombre mal tapé mais pas un facteur n faux appliqué à toutes. La température n’est pas prise en compte : une normalité est définie au volume que la solution avait quand elle a été préparée, et une solution qui s’est réchauffée depuis est un peu plus diluée que son étiquette. Enfin, l’arithmétique suppose le soluté pur et entièrement dissous, ce qui est une affirmation sur l’échantillon plutôt que sur la chimie.

Quelle différence entre normalité et molarité ?

La normalité est la molarité multipliée par le facteur n — le nombre de protons ou d’électrons qu’un motif transfère dans la réaction considérée. Une solution d’acide diprotique à 1 M est à 2 N, tandis qu’une solution d’acide monoprotique à 1 M est à 1 N ; la molarité est la même grandeur dans les deux cas, la normalité non. La calculatrice affiche les deux, l’une au-dessus de l’autre, pour que la multiplication reste visible à chaque réponse au lieu d’être quelque chose à retenir. Si vous n’en connaissez qu’une et voulez l’autre, divisez ou multipliez par le facteur n.

Comment trouver le facteur n ?

Comptez combien de protons ou d’électrons un motif cède ou capte dans la réaction que vous faites. L’acide chlorhydrique cède un proton, donc son facteur vaut 1 ; l’acide sulfurique en cède deux, donc 2 ; l’acide phosphorique trois. Pour l’oxydoréduction, comptez les électrons : le permanganate en capte cinq en milieu acide et trois en milieu neutre ou faiblement alcalin, et le dichromate six. Le tableau de référence de cette page donne les valeurs usuelles pour dix réactifs courants, le permanganate y figurant deux fois parce que son facteur est décidé par le milieu et non par la formule.

Qu’appelle-t-on masse équivalente ?

La masse molaire divisée par le facteur n — la masse qui fournit un équivalent, en grammes par équivalent. L’acide sulfurique a une masse molaire de 98,072 g/mol et un facteur de 2, donc sa masse équivalente vaut 49,04 g/eq : peser 49,04 grammes et compléter à un litre donne une solution 1 N. C’est le nombre dont on se sert réellement devant la balance, et c’est pourquoi le tableau l’imprime : l’inverse du facteur n n’est pas très utile en soi, mais la masse équivalente est ce que l’on pèse.

Pourquoi la page demande-t-elle le facteur n au lieu de le déduire de la formule ?

Parce que la formule ne contient pas la réponse — c’est la réaction qui la contient. Le permanganate est KMnO4 dans tous les titrages, et pourtant il vaut 5 N par mole en milieu acide et 3 N par mole en milieu neutre, les ions étant les mêmes dans les deux cas. Déduire le facteur supposerait de savoir quelle demi-équation se déroule, et cette information ne se trouve pas dans la case où l’on tape une formule. La page prend donc le facteur en entrée et affiche la molarité à côté, ce qui est la vérification que le facteur saisi fait bien ce que vous attendiez.

À quoi servent les milliéquivalents ?

C’est un millième d’équivalent, et c’est l’unité dans laquelle se lisent les burettes de titrage et les laboratoires d’analyses cliniques. Un millilitre d’une solution 1 N délivre un milliéquivalent, et c’est pourquoi la normalité raccourcit tant l’arithmétique du titrage : un volume en millilitres multiplié par une normalité donne directement des milliéquivalents. En médecine, l’équivalent est la charge plutôt que la molécule, si bien que les électrolytes sériques s’expriment en milliéquivalents par litre — un sodium à environ 140 mEq/L signifie 140 millimoles de charge positive, ce qui est la grandeur qui compte pour l’équilibre acido-basique.

Peut-on se servir de la calculatrice sans connaître le volume ?

Pas pour une concentration, qui est une quantité par litre et n’a aucun sens sans le litre. Le champ du volume est obligatoire, et c’est aussi lui qui fait fonctionner la troisième voie — une molarité seule ne peut pas produire d’équivalents sans un volume par lequel multiplier, donc si vous ne remplissez que la molarité, la page signalera qu’aucune voie ne mène à la réponse. Ce que vous pouvez faire sans volume n’existe pas ici : si vous avez une masse et une formule, la calculatrice de moles la convertit d’abord en moles, et les moles reviennent sur cette page pour que le facteur n leur soit appliqué.

• IUPAC Gold Book — normality — International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)
• IUPAC Gold Book — equivalent (equivalents) — International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)
• Standard Atomic Weights — abridged to four significant figures — Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights (CIAAW), IUPAC