Calcolatrice della normalità

Normalità N = equivalenti ÷ volume, dove equivalenti = moli × fattore n = molarità × fattore n × volume

N

La normalità — equivalenti di soluto per litro di soluzione. È l'unità in cui si scrivono le titolazioni, e quella che dipende da quale reazione sta facendo la sostanza

eq

Il numero di equivalenti, la quantità a cui arrivano tutte e tre le vie. Un equivalente è una mole della unità che reagisce — di protoni, di elettroni, di carica

n

Il fattore n: quanti protoni o elettroni una unità di formula trasferisce in questa particolare reazione. Non ha unità, qui sta fra 1 e 10, ed è l'unico numero che la pagina non può ricavare al posto tuo

M

La molarità, la concentrazione ordinaria in moli per litro. Moltiplicarla per il fattore n è tutto ciò che serve per passare alla normalità

V

Il volume di soluzione in litri. Compare due volte: una dividendo gli equivalenti per dare la normalità, e una dentro la via della soluzione che quegli equivalenti li ha prodotti

Usala ogni volta che una titolazione è scritta in normalità invece che in molarità, cioè in quasi tutta l'analisi volumetrica classica. La ragione per cui questa unità esiste è che un millilitro di acido 1 N neutralizza un milliequivalente di base, qualunque sia l'acido — il fattore n ha già assorbito la differenza, quindi l'aritmetica di una titolazione diventa volume per normalità senza altro da ricordare. È anche l'unità in cui riferisce la chimica clinica, dove l'equivalente è la carica invece della molecola e i milliequivalenti per litro sono il modo in cui si esprimono gli elettroliti del siero. Se quello che vuoi sono le moli per litro senza alcun numero dipendente dalla reazione, la pagina della molarità lo fa direttamente.

1. Un acido bibasico, dove N e M non sono lo stesso numero

   1. La sostanza trasferisce due protoni, quindi il fattore n è 2
   2. Equivalenti: 0,5 mol × 2 = 1 eq
   3. Normalità: 1 eq ÷ 1 L = 1 N
   4. Molarità: 1 ÷ (2 × 1) = 0,5 M

   Questa è la coppia di numeri che la pagina esiste per tenere distinti: la soluzione è 1 N e 0,5 M nello stesso momento, e riportare l'una dove si intendeva l'altra sbaglia di un fattore due. La riga degli equivalenti è il perno — tutto il resto è quel numero diviso per un volume, una volta con il fattore n e una volta senza.

2. Una titolazione con il permanganato, dove il fattore è la reazione

   1. In soluzione acida il permanganato acquista cinque elettroni, quindi il fattore n è 5
   2. Equivalenti: 0,02 mol/L × 5 × 0,025 L = 0,0025 eq
   3. Normalità: 0,0025 ÷ 0,025 = 0,1 N
   4. In milliequivalenti: 2,5 mEq, che è come verrebbe annotata la lettura della buretta

   Lo stesso permanganato 0,02 M qui è 0,1 N e in soluzione neutra è 0,06 N, dove il fattore è 3 — non è cambiata la concentrazione, è cambiata la reazione. È per questo che il fattore n è un dato in ingresso e non qualcosa che la pagina ricava dalla formula, ed è per questo che la tabella di riferimento qui sotto stampa il permanganato due volte.

3. La quantità più piccola che i campi consentono

   1. Gli equivalenti sono dati direttamente: 0,0001 eq, il minimo che il campo accetta
   2. Normalità: 0,0001 ÷ 100 L = 1 × 10⁻⁶ N
   3. Molarità: 0,0001 ÷ (10 × 100) = 1 × 10⁻⁷ M
   4. In milliequivalenti: 0,1 mEq

   Quattro righe, quattro scale diverse, e nessuna di esse legge zero — che è tutta la ragione per cui le precisioni delle uscite sono diverse fra loro. La riga della molarità tiene sette decimali invece di sei perché divide anche per il fattore n oltre che per il volume, e con un fattore dieci volte più grande la risposta più piccola scende di un ordine di grandezza. Con sei decimali questa riga stamperebbe 0,000000, e una soluzione che è un decimo di micromole per litro sembrerebbe una che non contiene nulla.

Il fattore n è a carico dell'utente e la pagina se lo prende per buono. Non può essere controllato con nulla di ciò che sta qui, perché è una proprietà della reazione e non della sostanza, e un fattore sbagliato produce una risposta sbagliata esattamente di quel fattore pur avendo un aspetto del tutto plausibile — è la più grande fonte di errore nei calcoli di normalità e nessuna aritmetica può intercettarla. La tabella di riferimento dà i valori consueti per dieci reagenti comuni, ma sono raccomandazioni per le reazioni in cui si usano normalmente, non la ricerca di ciò che la sostanza è per forza. La normalità stessa è un'unità formale o storica: il SI non le lascia posto, perché l'equivalente non è un'unità ma una convenzione su quale particella si sta contando, e la stessa soluzione ha tante normalità quante reazioni ha. Le tre vie vengono confrontate fra loro entro l'uno per cento, il che intercetta un numero digitato male ma non un fattore n sistematicamente sbagliato applicato a tutte. La temperatura non è tenuta in conto — una normalità è definita al volume che la soluzione aveva quando è stata preparata, e una soluzione che da allora si è scaldata è un po' più diluita della sua etichetta. E l'aritmetica dà per scontato che il soluto sia puro e completamente disciolto, che è un'affermazione sul campione e non sulla chimica.

Che differenza c'è tra normalità e molarità?

La normalità è la molarità moltiplicata per il fattore n, cioè il numero di protoni o elettroni che una unità di formula trasferisce nella reazione in questione. Una soluzione 1 M di un acido diprotico è 2 N, mentre una soluzione 1 M di un acido monoprotico è 1 N; la molarità è lo stesso tipo di grandezza in entrambi i casi, la normalità no. La calcolatrice le stampa entrambe, una sopra l'altra, così la moltiplicazione è visibile su ogni risposta invece di essere qualcosa da ricordare. Se ne conosci una sola e vuoi l'altra, dividi o moltiplica per il fattore n.

Come si trova il fattore n?

Conta quanti protoni o elettroni una unità di formula cede o acquista nella reazione che stai facendo. L'acido cloridrico cede un protone, quindi il suo fattore è 1; l'acido solforico ne cede due, quindi 2; l'acido fosforico tre. Per le ossidoriduzioni conta gli elettroni: il permanganato ne acquista cinque in soluzione acida e tre in soluzione neutra o debolmente alcalina, e il dicromato ne acquista sei. La tabella di riferimento su questa pagina elenca i valori consueti per dieci reagenti comuni, con il permanganato presente due volte perché il suo fattore lo decide il mezzo e non la formula.

Che cos'è il peso equivalente?

La massa molare divisa per il fattore n — la massa che fornisce un equivalente, in grammi per equivalente. L'acido solforico ha una massa molare di 98,072 g/mol e un fattore di 2, quindi il suo peso equivalente è 49,04 g/eq, e pesare 49,04 grammi e portarli a un litro dà una soluzione 1 N. È il numero che si usa davvero sulla bilancia, ed è per questo che la tabella lo stampa: il reciproco del fattore n non serve a molto da solo, mentre il peso equivalente è quello che si pesa.

Perché la pagina chiede il fattore n invece di ricavarlo dalla formula?

Perché la formula non contiene la risposta — la contiene la reazione. Il permanganato è KMnO4 in ogni titolazione, eppure è 5 N per mole in acido e 3 N per mole in soluzione neutra, e gli ioni sono gli stessi in entrambi i casi. Ricavare il fattore significherebbe sapere quale semireazione sta avvenendo, e quell'informazione non sta nella casella in cui digiti una formula. Così la pagina prende il fattore come dato in ingresso e ti mostra la molarità accanto, che è il controllo che il fattore digitato stia facendo quello che ti aspettavi.

A che cosa servono i milliequivalenti?

Sono un millesimo di equivalente, e sono l'unità in cui si leggono le burette delle titolazioni e i laboratori clinici. Un millilitro di una soluzione 1 N fornisce un milliequivalente, ed è per questo che la normalità rende così corta l'aritmetica della titolazione: il volume in millilitri moltiplicato per la normalità dà direttamente i milliequivalenti. In medicina l'equivalente è la carica invece della molecola, quindi gli elettroliti del siero si esprimono in milliequivalenti per litro — un sodio a circa 140 mEq/L significa 140 millimoli di carica positiva, che è la quantità che conta per l'equilibrio acido-base.

Posso usare la calcolatrice senza conoscere il volume?

Non per una concentrazione, che è una quantità per litro e senza il litro non significa nulla. Il campo del volume è obbligatorio, ed è anche ciò che fa funzionare la terza via — la sola molarità non può produrre equivalenti senza un volume per cui moltiplicare, quindi compilando solo la molarità la pagina dirà che non c'è alcuna via verso la risposta. Quello che puoi fare senza un volume qui non è nulla: se quello che hai è una massa e una formula, la calcolatrice delle moli la trasforma prima in moli, e le moli tornano su questa pagina perché vi si applichi il fattore n.

• 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