노르말농도 계산기
계산 결과
노르말농도
- 몰농도
- 0.5000000 M
- 당량
- 1.000000 eq
- 밀리당량
- 1,000.000 mEq
노르말농도 계산기는 용액 1리터에 들어 있는 당량수를 구합니다. 몰농도와의 차이는 당량 계수 하나이고, 그 계수는 그 물질이 이 반응에서 주고받는 수소 이온이나 전자의 개수입니다. 그래서 같은 1 M 황산이 2 N이고, 같은 1 M 과망가니즈산칼륨이 산성에서는 5 N, 중성에서는 3 N입니다. 이 페이지는 당량 계수와 부피를 받고, 몰수·당량수·몰농도 중 아는 값을 하나 더 받아 노르말농도를 구합니다. 세 갈래 중 어느 길로 가든 도착하는 값은 같으므로, 결과에는 노르말농도와 함께 몰농도와 밀리당량까지 나옵니다. 아래 표에는 산화환원 적정에 자주 쓰는 시약 열 가지가 있습니다.
시약 열 가지의 당량 계수와 당량 무게
| 시약 | 화학식 | 당량 계수 | 당량 무게 |
|---|---|---|---|
| 염산 | HCl | 1 | 36.46 g/eq |
| 황산 | H2SO4 | 2 | 49.04 g/eq |
| 인산 | H3PO4 | 3 | 32.66 g/eq |
| 수산화나트륨 | NaOH | 1 | 40.00 g/eq |
| 수산화칼슘 | Ca(OH)2 | 2 | 37.05 g/eq |
| 탄산나트륨 | Na2CO3 | 2 | 52.99 g/eq |
| 과망가니즈산칼륨 (산성) | KMnO4 | 5 | 31.61 g/eq |
| 과망가니즈산칼륨 (중성) | KMnO4 | 3 | 52.68 g/eq |
| 다이크로뮴산칼륨 | K2Cr2O7 | 6 | 49.03 g/eq |
| 티오황산나트륨 | Na2S2O3 | 1 | 158.10 g/eq |
네 번째 열은 몰질량을 당량 계수로 나눈 값이고, 커널이 계산한 것입니다. 계수 자체는 표에서 읽을 수 있지만 당량 무게는 그렇지 않으므로, 시약을 바꿀 때마다 이 열을 다시 확인하는 편이 좋습니다. 과망가니즈산칼륨이 두 줄인 것은 실수가 아닙니다. 산성에서 전자 다섯 개, 중성에서 세 개를 받으므로 같은 화학식에 계수가 둘 있고, 당량 무게도 31.61과 52.68로 갈립니다. 어느 줄을 쓸지는 반응의 매질이 정하며, 이 두 줄이 바로 당량 계수가 물질의 성질이 아니라는 증거입니다.
공식
노르말농도 N = 당량수 ÷ 용액의 부피(L) · 당량수 = 몰수 × 당량 계수 = 몰농도 × 당량 계수 × 부피
- N
- 노르말농도입니다. 리터당 당량수를 세는 농도이고, 같은 용액이라도 어떤 반응에 쓰느냐에 따라 값이 달라집니다. 그래서 온도나 농도만으로 정해지는 다른 농도와 달리 조건을 함께 말해야 합니다
- eq
- 당량수입니다. 몰수에 당량 계수를 곱한 값이고, 이 페이지가 세 갈래에서 공통으로 모으는 지점입니다. 이 값 하나가 정해지면 나머지 출력이 모두 따라옵니다
- n
- 용질의 몰수입니다. 몰농도와 부피를 곱해서 얻거나, 이미 알고 있다면 그대로 넣습니다. 당량 계수를 곱하기 전의 값이라는 점이 당량수와 다릅니다
- f
- 당량 계수입니다. 황산이 내놓는 수소 이온 두 개, 과망가니즈산 이온이 받는 전자 다섯 개처럼 반응마다 달라지므로 페이지가 추측하지 않고 직접 받습니다
- V
- 용액의 부피(L)입니다. 몰농도를 몰수로 바꿀 때 곱해지고, 마지막에 당량수를 노르말농도로 나눌 때 다시 나옵니다
적정에서 소비된 부피를 농도로 바꿀 때 가장 자주 씁니다. 지시약이 색을 바꾼 순간의 눈금은 부피이고, 실험 노트에 적을 값은 농도입니다. 두 번째 용도는 산화환원 반응의 양론입니다. 같은 과망가니즈산칼륨 용액이 산성에서는 세 배 많은 전자를 받으므로, 매질을 바꾸면 적정에 필요한 부피가 달라집니다. 세 번째는 몰농도와의 환산입니다. 노르말농도 공식은 몰농도에 당량 계수를 곱한 것뿐이라, 결과에 몰농도를 함께 표시하는 이유가 그 검산입니다.
계산 예시
황산 0.5몰, 당량 계수 2
- 몰수에서 당량수로: 0.5 mol × 2 = 1 eq
- 부피 1 L로 나누기: 1 eq ÷ 1 L = 1 N
- 몰농도는 계수로 되돌리면 1 ÷ 2 = 0.5 M입니다
- 밀리당량은 1000배이므로 1000 mEq입니다
황산 0.5몰을 1리터로 맞추면 0.5 M이고, 황산은 수소 이온을 두 개 내놓으므로 1 N입니다. 같은 용액에 두 이름이 붙는 것이고, 어느 쪽을 쓸지는 그 용액으로 무엇을 하느냐가 정합니다. 산화환원에 쓰면 당량이 기준이고, 침전이나 중화의 양만 셀 때는 몰이 편합니다. 결과에 두 값이 나란히 있는 이유가 이것입니다.
적정에 쓰는 묽은 과망가니즈산칼륨
- 몰수 구하기: 0.02 mol/L × 0.025 L = 0.0005 mol
- 당량수로: 0.0005 mol × 5 = 0.0025 eq
- 부피로 나누기: 0.0025 eq ÷ 0.025 L = 0.1 N
- 적정 기록에 쓰는 값은 2.5 mEq입니다
뷰렛에 담아 쓰는 농도가 이 정도이고, 적정 기록에는 밀리당량으로 적는 것이 보통입니다. 이 계산에서 당량 계수 5는 산성 매질의 값입니다. 같은 용액을 중성에서 쓰면 계수가 3이 되고 노르말농도는 0.06 N으로 내려갑니다. 농도는 그대로인데 당량만 달라지는 것이므로, 노르말농도를 적을 때는 매질을 함께 적어야 나중에 헷갈리지 않습니다.
당량수를 이미 알고 있는 경우
- 당량수 0.0001 eq를 부피 100 L로 나눕니다
- 노르말농도는 0.000001 N입니다
- 몰농도는 당량 계수 10으로 되돌려 0.0000001 M입니다
- 밀리당량으로는 0.1 mEq이며, 같은 양의 다른 표기입니다
극히 묽은 용액이고, 여기서 노르말농도의 소수점 여섯 자리가 의미를 갖습니다. 몰농도가 일곱 자리인 것은 당량 계수로 한 번 더 나누기 때문입니다. 세 갈래 중 당량수를 그대로 넣는 길을 택했으므로 몰수는 쓰이지 않았지만, 몰농도는 계수로 되돌려 함께 표시됩니다. 어느 길로 들어와도 출력 네 줄은 모두 채워집니다.
한계
노르말농도는 용액만 보고 정할 수 없습니다. 당량 계수가 어떤 반응에 쓰느냐에 달려 있기 때문입니다. 그래서 이 페이지는 계수를 추측하지 않고 입력으로 받습니다. 시약병에 적힌 농도가 1 M이어도 그대로 1 N이 되는 것은 염산처럼 계수가 1인 경우뿐이고, 황산이나 과망가니즈산칼륨은 반응을 정하기 전에는 노르말농도를 말할 수 없습니다. 다음으로, 노르말농도는 국제단위계의 단위가 아닙니다. 몰농도가 기준이고, 노르말농도는 당량이라는 옛 관례를 이어 온 관용 표기입니다. 새로 쓰는 문헌은 대개 몰농도와 전자수로 적습니다. 마지막으로 당량 무게는 몰질량을 당량 계수로 나눈 값이므로, 계수가 달라지면 같은 물질의 당량 무게도 달라집니다.
자주 묻는 질문
- 노르말농도는 어떻게 계산하나요?
- 당량수를 용액의 부피로 나눕니다. 당량수는 몰수에 당량 계수를 곱한 값이므로, 몰농도를 알고 있다면 몰농도 × 당량 계수 × 부피가 곧 당량수가 됩니다. 황산 0.5몰을 1 L로 맞추면 당량수는 0.5 × 2 = 1 eq이고 노르말농도는 1 N입니다. 이 페이지는 세 갈래 중 아는 것을 받아들이므로, 몰수를 넣든 당량수를 넣든 같은 곳에 도착합니다.
- 노르말농도와 몰농도는 어떻게 다른가요?
- 당량 계수만큼 차이가 납니다. 노르말농도는 몰농도에 그 계수를 곱한 값이고, 계수가 1이면 두 값이 같습니다. 염산이나 수산화나트륨이 계수 1이라 두 농도가 일치하고, 황산은 2, 인산은 3, 중성 매질의 과망가니즈산칼륨은 3입니다. 그래서 노르말농도를 읽을 때는 계수를 함께 확인해야 하고, 이 페이지가 두 값을 나란히 보여 주는 이유도 그 확인입니다.
- 당량 계수는 어떻게 정하나요?
- 그 물질이 그 반응에서 주고받는 수소 이온이나 전자의 개수입니다. 산이 내놓는 수소 이온 수, 염기가 받는 수소 이온 수, 산화제가 받는 전자 수가 각각 계수가 됩니다. 문제는 이것이 물질의 성질이 아니라 반응의 성질이라는 점입니다. 과망가니즈산칼륨은 산성에서 전자 다섯 개를 받고 중성에서는 세 개를 받으므로, 아래 표에서 같은 화학식이 두 줄로 나옵니다.
- 밀리당량은 언제 쓰나요?
- 적정 기록에서 씁니다. 뷰렛에서 떨어뜨린 양은 밀리리터 단위로 읽히고, 그에 해당하는 당량도 밀리 단위가 자연스럽기 때문입니다. 0.1 N 용액 25 mL는 2.5 mEq이고, 이는 0.0025 eq와 같은 양입니다. 두 값의 비율은 언제나 1000배이므로 어느 쪽으로 적어도 되지만, 한 문서 안에서는 한 단위로 통일하는 편이 안전합니다.
- 당량 무게는 무엇이고 어떻게 구하나요?
- 1당량을 만드는 데 필요한 질량, 즉 몰질량을 당량 계수로 나눈 값입니다. 단위는 g/eq이고, 저울 앞에서 실제로 쓰는 수입니다. 황산은 98.072 ÷ 2 = 49.04 g/eq이므로 49.04 g을 물에 녹여 1 L로 맞추면 정확히 1 N입니다. 표의 네 번째 열이 이 값이고, 계수가 바뀌면 같은 물질의 당량 무게도 함께 바뀝니다.
참고 문헌
- IUPAC Gold Book — normality(노르말농도)의 정의 — International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)
- IUPAC Gold Book — equivalent(당량)의 정의 — International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)
- Standard Atomic Weights — 유효숫자 네 자리로 줄인 값 — Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights (CIAAW), IUPAC