- O que é normalidade?
- Fórmulas
- Equivalentes
- Exemplos
- Ácidos
- Reação H
- Bases
- Em reações de precipitação
- Em reações redox
- Referências
O normal é uma medida de concentração usada cada vez com menos frequência, em soluções químicas. Ele indica quão reativa é a solução das espécies dissolvidas, ao invés de quão alta ou diluída é sua concentração. É expresso em gramas equivalentes por litro de solução (Eq / L).
Muita confusão e debate surgiram na literatura sobre o termo 'equivalente', pois ele varia e tem seu próprio valor para todas as substâncias. Da mesma forma, os equivalentes dependem da reação química que está sendo considerada; portanto, a normalidade não pode ser usada arbitrariamente ou globalmente.
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Por esse motivo, a IUPAC aconselhou a interrupção do uso para expressar concentrações de soluções.
Porém, ainda é utilizado em reações ácido-base, amplamente utilizadas em volumetria. Isso ocorre em parte porque, considerando os equivalentes de um ácido ou de uma base, torna os cálculos muito mais fáceis; Além disso, ácidos e bases sempre se comportam da mesma maneira em todos os cenários: eles liberam ou aceitam íons de hidrogênio, H +.
O que é normalidade?
Fórmulas
Embora a normalidade por sua mera definição possa gerar confusão, em suma, nada mais é do que molaridade multiplicada por um fator de equivalência:
N = nM
Onde n é o fator de equivalência e depende das espécies reativas, bem como da reação da qual participa. Então, conhecendo sua molaridade, M, sua normalidade pode ser calculada por simples multiplicação.
Se, por outro lado, apenas a massa do reagente estiver disponível, seu peso equivalente será utilizado:
PE = PM / n
Onde MW é o peso molecular. Assim que tiver o PE e a massa do reagente, basta aplicar uma divisão para obter os equivalentes disponíveis no meio de reação:
Eq = g / PE
E, finalmente, a definição de normalidade diz que expressa os equivalentes-grama (ou equivalentes) por um litro de solução:
N = g / (PE ∙ V)
O que é igual a
N = Eq / V
Após esses cálculos, obtém-se quantos equivalentes a espécie reativa possui por 1L de solução; ou quantos mEq existem por 1mL de solução.
Equivalentes
Mas quais são os equivalentes? São as partes que têm em comum um conjunto de espécies reativas. Por exemplo, para ácidos e bases, o que acontece com eles quando reagem? Eles liberam ou aceitam H +, independentemente de ser um hidrácido (HCl, HF, etc.) ou um oxácido (H 2 SO 4, HNO 3, H 3 PO 4, etc.).
A molaridade não discrimina o número de H que o ácido possui em sua estrutura, nem a quantidade de H que uma base pode aceitar; apenas considere todo o conjunto em peso molecular. No entanto, a normalidade leva em consideração como as espécies se comportam e, portanto, o grau de reatividade.
Se um ácido libera um H +, molecularmente apenas uma base pode aceitá-lo; em outras palavras, um equivalente sempre reage com outro equivalente (OH, no caso das bases). Da mesma forma, se uma espécie doa elétrons, outra espécie deve aceitar o mesmo número de elétrons.
É daí que vem a simplificação dos cálculos: sabendo o número de equivalentes de uma espécie, sabe-se exatamente quantos são os equivalentes que reagem com as outras espécies. Já com o uso de moles, você deve respeitar os coeficientes estequiométricos da equação química.
Exemplos
Ácidos
Começando com o par HF e H 2 SO 4, por exemplo, para explicar os equivalentes em sua reação de neutralização com NaOH:
HF + NaOH => NaF + H 2 S
H 2 SO 4 + 2 NaOH => Na 2 SO 4 + 2H 2 O
Para neutralizar o HF, um mol de NaOH é necessário, enquanto o H 2 SO 4 requer dois moles de base. Isso significa que o HF é mais reativo, pois necessita de uma quantidade menor de base para sua neutralização. Por quê? Porque HF tem 1H (um equivalente) e H 2 SO 4 2H (dois equivalentes).
É importante ressaltar que, embora HF, HCl, HI e HNO 3 sejam "igualmente reativos" de acordo com a normalidade, a natureza de suas ligações e, portanto, sua intensidade de acidez são totalmente diferentes.
Portanto, sabendo disso, a normalidade para qualquer ácido pode ser calculada multiplicando o número de H por sua molaridade:
1 ∙ M = N (HF, HCl, CH 3 COOH)
2 ∙ M = N (H 2 SO 4, H 2 SeO 4, H 2 S)
Reação H
Com H 3 PO 4 você tem 3H e, portanto, tem três equivalentes. No entanto, é um ácido muito mais fraco, por isso nem sempre libera todo o seu H +.
Além disso, na presença de uma base forte nem todos os seus H + reagem necessariamente; Isso significa que deve-se prestar atenção à reação em que você está participando:
H 3 PO 4 + 2KOH => K 2 HPO 4 + 2H 2 O
Nesse caso, o número de equivalentes é igual a 2 e não a 3, pois apenas 2H + reage. Enquanto nesta outra reação:
H 3 PO 4 + 3KOH => K 3 PO 4 + 3H 2 O
Considera-se que a normalidade de H 3 PO 4 é três vezes sua molaridade (N = 3 ∙ M), já que desta vez todos os seus íons hidrogênio reagem.
Por esse motivo, não basta assumir uma regra geral para todos os ácidos, mas também, deve-se saber exatamente quantos H + participam da reação.
Bases
Um caso muito semelhante ocorre com as bases. Para as seguintes três bases neutralizadas com HCl, temos:
NaOH + HCl => NaCl + H 2 O
Ba (OH) 2 + 2HCl => BaCl 2 + 2H 2 O
Al (OH) 3 + 3HCl => AlCl 3 + 3H 2 O
Al (OH) 3 precisa de três vezes mais ácido do que NaOH; ou seja, o NaOH precisa de apenas um terço da quantidade de base adicionada para neutralizar o Al (OH) 3.
Portanto, o NaOH é mais reativo, pois possui 1OH (um equivalente); Ba (OH) 2 tem 2OH (dois equivalentes) e Al (OH) 3 três equivalentes.
Embora não tenha grupos OH, o Na 2 CO 3 é capaz de aceitar até 2H + e, portanto, possui dois equivalentes; mas se você aceitar apenas 1H +, você participa com um equivalente.
Em reações de precipitação
Quando um cátion e um ânion se unem para precipitar em um sal, o número de equivalentes para cada um é igual à sua carga:
Mg 2+ + 2Cl - => MgCl 2
Assim, Mg 2+ possui dois equivalentes, enquanto Cl - possui apenas um. Mas qual é a normalidade do MgCl 2 ? Seu valor é relativo, pode ser 1M ou 2 ∙ M, dependendo se Mg 2+ ou Cl - for considerado.
Em reações redox
O número de equivalentes para as espécies envolvidas nas reações redox é igual ao número de elétrons ganhos ou perdidos durante as mesmas.
3C 2 O 4 2- + Cr 2 O 7 2- + 14H + => 2Cr 3+ + 6CO 2 + 7H 2 O
Qual será a normalidade para C 2 O 4 2- e Cr 2 O 7 2- ? Para isso, as reações parciais onde os elétrons participam como reagentes ou produtos devem ser levadas em consideração:
C 2 O 4 2- => 2CO 2 + 2e -
Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6e - => 2Cr 3+ + 7H 2 O
Cada C 2 O 4 2- libera 2 elétrons, e cada Cr 2 O 7 2- aceita 6 elétrons; e após o equilíbrio, a equação química resultante é a primeira das três.
Portanto, a normalidade para C 2 O 4 2- é 2 ∙ M, e 6 ∙ M para Cr 2 O 7 2- (lembre-se, N = nM).
Referências
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 de outubro de 2018). Como calcular a normalidade (química). Recuperado de: Thoughtco.com
- Softschools. (2018). Fórmula de normalidade. Recuperado de: softschools.com
- Harvey D. (26 de maio de 2016). Normalidade. Chemistry LibreTexts. Recuperado de: chem.libretexts.org
- Lic Pilar Rodríguez M. (2002). Química: primeiro ano diversificado. Fundación Editorial Salesiana, p 56-58.
- Peter J. Mikulecky, Chris Hren. (2018). Examinando equivalentes e normalidade. Livro de exercícios de química para manequins. Recuperado de: dummies.com
- Wikipedia. (2018). Concentração equivalente. Recuperado de: en.wikipedia.org
- Normalidade.. Recuperado de: faculty.chemeketa.edu
- Day, R., & Underwood, A. (1986). Quantitative Analytical Chemistry (quinta ed.). PEARSON Prentice Hall, páginas 67, 82.