Калькулятор нормальности

Нормальность N = эквиваленты ÷ объём, где эквиваленты = моли × фактор n = молярность × фактор n × объём

N

Нормальность — эквиваленты растворённого вещества на литр раствора. Это единица концентрации, в которой записывают титрования, и та, что зависит от реакции, в которой вещество участвует

eq

Число эквивалентов — величина, к которой приходят все три дороги. Один эквивалент — это один моль реагирующей единицы: протонов, электронов, заряда

n

Фактор n: сколько протонов или электронов переносит одна формульная единица именно в этой реакции. Он безразмерен, здесь лежит от 1 до 10, и это единственное число, которое страница не может вывести за вас

M

Молярность, обычная концентрация в молях на литр. Умножение её на фактор n — это и есть весь переход к нормальности

V

Объём раствора в литрах. Он входит дважды: один раз делит эквиваленты, давая нормальность, и один раз стоит внутри дороги через раствор, которая эти эквиваленты и произвела

Берите её всюду, где титрование записано в нормальности, а не в молярности, — а так записана большая часть классического объёмного анализа. Единица существует потому, что один миллилитр кислоты 1 N нейтрализует один миллиэквивалент основания, какой бы эта кислота ни была: фактор n уже вобрал в себя разницу, и арифметика титрования сводится к объёму, умноженному на нормальность, — помнить больше нечего. Это же единица, в которой отчитывается клиническая химия, где эквивалент — это заряд, а не молекула, и миллиэквиваленты на литр — это как раз то, чем выражают электролиты сыворотки. Если же вам нужны моли на литр без зависящего от реакции числа, этим напрямую занята страница молярности.

1. Двухосновная кислота, где N и M — не одно и то же число

   1. Вещество переносит два протона, значит фактор n равен 2
   2. Эквиваленты: 0,5 моля × 2 = 1 экв
   3. Нормальность: 1 экв ÷ 1 л = 1 N
   4. Молярность: 1 ÷ (2 × 1) = 0,5 M

   Это и есть та пара чисел, ради которой страница существует: раствор одновременно 1 N и 0,5 M, и если сообщить одно там, где имелось в виду другое, ошибёшься ровно вдвое. Строка эквивалентов — точка опоры, всё остальное это то же число, делённое на объём: один раз с фактором n, один раз без него.

2. Титрование перманганатом, где фактор задаёт реакция

   1. В кислом растворе перманганат принимает пять электронов, значит фактор n равен 5
   2. Эквиваленты: 0,02 моль/л × 5 × 0,025 л = 0,0025 экв
   3. Нормальность: 0,0025 ÷ 0,025 = 0,1 N
   4. В миллиэквивалентах: 2,5 мэкв — так и записали бы показание бюретки

   Тот же 0,02 M перманганат здесь 0,1 N, а в нейтральном растворе 0,06 N, где фактор равен 3: концентрация не изменилась, изменилась реакция. Поэтому фактор n и является входным данным, а не тем, что страница выводит из формулы, и поэтому же в справочной таблице ниже перманганат напечатан дважды.

3. Наименьшее количество, которое допускают поля

   1. Эквиваленты даны прямо: 0,0001 экв — наименьшее, что принимает поле
   2. Нормальность: 0,0001 ÷ 100 л = 1 × 10⁻⁶ N
   3. Молярность: 0,0001 ÷ (10 × 100) = 1 × 10⁻⁷ M
   4. В миллиэквивалентах: 0,1 мэкв

   Четыре строки, четыре разных масштаба, и ни одна из них не читается нулём — ради этого точности вывода и различаются. Строка молярности держит семь знаков, а не шесть, потому что делит ещё и на фактор n, а при факторе в десять раз большем наименьший ответ падает на порядок ниже. Будь там шесть знаков, эта строка напечатала бы 0,000000, и раствор в десятую долю микромоля на литр выглядел бы как раствор, в котором нет ничего.

Фактор n поставляет пользователь, и страница принимает его на веру. Проверить его здесь не по чему: он свойство реакции, а не вещества, и неверный фактор даёт ответ, ошибочный ровно во столько же раз и при этом выглядящий совершенно правдоподобно, — это самый крупный источник ошибок в расчётах нормальности, и никакая арифметика его не поймает. Справочная таблица даёт обычные значения для десяти распространённых реагентов, но это рекомендации для реакций, в которых их обычно применяют, а не справка о том, чем вещество является обязательно. Сама нормальность — формальная, унаследованная единица: в СИ ей места нет, потому что эквивалент не единица измерения, а договорённость о том, какие частицы считают, и у одного и того же раствора столько нормальностей, сколько у него реакций. Три дороги сверяются между собой с точностью до одного процента, и это поймает опечатку в числе, но не систематически неверный фактор n, применённый ко всем трём. Температура не учитывается: нормальность определена для того объёма, который раствор имел при изготовлении, а раствор, с тех пор согревшийся, немного более разбавлен, чем его этикетка. И арифметика исходит из того, что растворимое вещество чистое и полностью растворилось, а это утверждение об образце, а не о химии.

Чем нормальность отличается от молярности?

Нормальность — это молярность, умноженная на фактор n, то есть на число протонов или электронов, которое одна формульная единица переносит в данной реакции. Раствор двухосновной кислоты концентрации 1 M — это 2 N, а раствор одноосновной при той же 1 M — 1 N; молярность в обоих случаях величина одного рода, а нормальность нет. Калькулятор печатает обе, одну над другой, чтобы умножение было видно на каждом ответе, а не оставалось тем, что надо помнить. Если известно только одно из двух и нужно другое, делите или умножайте на фактор n.

Как найти фактор n?

Посчитайте, сколько протонов или электронов одна формульная единица отдаёт или принимает в той реакции, которую вы проводите. Соляная кислота отдаёт один протон, значит фактор 1; серная отдаёт два, значит 2; фосфорная три. В окислительно-восстановительных реакциях считайте электроны: перманганат принимает пять в кислом растворе и три в нейтральном или слабощелочном, а дихромат шесть. Справочная таблица на этой странице перечисляет обычные значения для десяти распространённых реагентов, причём перманганат стоит там дважды, потому что его фактор определяется средой, а не формулой.

Что такое эквивалентная масса?

Молярная масса, делённая на фактор n, — масса, которая даёт один эквивалент, в граммах на эквивалент. У серной кислоты молярная масса 98,072 грамма на моль и фактор 2, поэтому её эквивалентная масса равна 49,04 грамма на эквивалент: отвесьте 49,04 грамма и доведите до литра — получите раствор 1 N. Это то число, которым вы пользуетесь у весов, ради чего таблица его и печатает: обратная величина фактора n сама по себе мало чем поможет, а эквивалентная масса — это то, что вы отвешиваете.

Почему страница спрашивает фактор n, а не выводит его из формулы?

Потому что в формуле ответа нет — он в реакции. Перманганат это KMnO4 в любом титровании, и всё же он 5 N на моль в кислоте и 3 N на моль в нейтральном растворе, а ионы в обоих случаях одни и те же. Чтобы вывести фактор, нужно знать, какая полуреакция идёт, а этой информации в клетке для формулы нет. Поэтому страница принимает фактор как входные данные и показывает рядом молярность — это и есть проверка, что введённый вами фактор делает то, чего вы ждали.

Для чего применяют миллиэквиваленты?

Это тысячная доля эквивалента, и это та единица, в которой читают бюретки титрования и клинические лаборатории. Один миллилитр раствора 1 N отдаёт один миллиэквивалент, и потому нормальность так укорачивает арифметику титрования: объём в миллилитрах, умноженный на нормальность, сразу даёт миллиэквиваленты. В медицине эквивалент — это заряд, а не молекула, поэтому электролиты сыворотки выражают в миллиэквивалентах на литр: натрий около 140 мэкв/л означает 140 миллимолей положительного заряда, а это и есть величина, важная для кислотно-щелочного равновесия.

Можно ли обойтись без объёма?

Для концентрации — нет: концентрация это количество на литр, и без литра она не имеет смысла. Поле объёма обязательно, и оно же нужно, чтобы работала третья дорога: одна молярность без объёма не даст эквивалентов, умножать её не на что, так что если заполнить только молярность, страница скажет, что дороги к ответу нет. А вот без объёма здесь не выйдет ничего вообще: если у вас на руках масса и формула, калькулятор молей сначала превратит их в моли, и эти моли вернутся на эту страницу, чтобы к ним применили фактор 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