La normalità è data da: N = Eq/V dove V è il volume della soluzione e il numero di equivalenti Eq è dato da Eq= g/P.E. dove P.E. è il peso equivalente
Spesso la quantità di sostanza coinvolta in una reazione chimica è calcolata sulla base dei relativi equivalenti chimici, invece che sul rapporto stechiometrico delle moli di reagenti e dei prodotti della reazione bilanciata.
Si definisce grammo equivalente o semplicemente equivalente (Eq) di una sostanza, il suo peso equivalente espresso in grammi. Pertanto data la massa in grammi di una sostanza, il relativo numero di equivalenti è dato dalla formula:
Eq = g/P.E.
Peso equivalente
Il peso equivalente dello stesso elemento o della stessa sostanza dipende dalla particolare reazione cui partecipa e pertanto lo stesso elemento o la stessa sostanza può essere caratterizzato da pesi equivalenti diversi. La regola generale per calcolare il peso equivalente è la seguente:
P.E. = P.M (P.A.) / n
dove: P.M. è il peso molecolare, P.A. è il peso atomico e n è un numero intero, che assume valori diversi in dipendenza della reazione cui la sostanza partecipa. Per stabilire, di volta in volta il valore numerico di n, valgono le seguenti regole:
Reazione acido-base:
per gli acidi n = numero di ioni H+ che l’acido mette in gioco nella reazione considerata; ad es HCl (n=1), H2SO4 (n=2);
per le basi n = numero di ioni OH– messi in gioco nella reazione; ad es. NaOH (n=1); Ca(OH)2 (n=2)
Reazioni tra sali: n = numero di cariche totali associate al catione del sale o all’anione del sale che possono essere calcolate considerando la dissociazione elettrolitica del sale; ad es
Al2(SO4)3 → 2 Al3+ + 3 SO42- ( n=6)
Reazioni di ossidoriduzione: n = numero di elettroni ceduti o acquistati da ogni mole di sostanza che può essere facilmente dedotto esaminando la semireazione di ossidazione o di riduzione bilanciata.
La normalità è data da: N = Eq/V essendo V il volume della soluzione espresso in litri.
La normalità si può mettere in relazione con la molarità di una soluzione attraverso la relazione: N = M x n
Esercizi svolti
1) Calcolare il numero di equivalenti contenuti in 500 g di FeSO4 (P.M. = 151.92).
Il peso equivalente è dato da P.E: = P.M./n
In questo caso poiché la dissociazione del sale dà Fe2+ ed SO42- e quindi la carica associata al catione, ovvero all’anione è pari a 2 si ha: P.E. = 151.92 / 2=75.96
Dalla definizione di equivalente Eq = g/P.E. si ha: Eq = 500/ 75.96= 6.58
2) Calcolare il numero di equivalenti contenuti in 400 mL di soluzione 3 N di acido solforico.
Dalla definizione di Normalità si ha: N = Eq/V da cui Eq = N x V
Ricordando che il volume deve essere espresso in Litri abbiamo:
Eq = 3 N ∙0.400 L = 1.2
3) Calcolare quanti equivalenti di KOH ( P.M. = 56.108) reagiscono con 250 g di H2SO4 (P.M. = 98) nella reazione:
2 KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2 H2O
Il peso equivalente dell’acido solforico è pari a 98/2= 49 e conseguentemente il numero di equivalenti è pari a Eq = 250/49=5.1
4) Calcolare il peso equivalente dello ione Cr2O72- (P.M.= 216) nella seguente reazione redox da bilanciare:
Cr2O72- + I– → Cr3+ + I2
la semireazione di riduzione dello ione bicromato è:
Cr2O72- + 14 H+ + 6 e–→ 2 Cr3+ + 7 H2O
Mentre quella di riduzione dello ione ioduro è:
2 I– → I2 + 2 e–
Moltiplicando quest’ultima semireazione per 3 al fine di ottenere lo stesso numero di elettroni scambiati la reazione complessiva è: Cr2O72- +6 I– + 14 H+ → 2 Cr3+ + 3 I2 + 7 H2O
Come si nota, il numero di elettroni scambiati è pari a sei quindi il peso equivalente dello ione bicromato vale:
P.E: = P.M./n = 216/6=36
5) Calcolare il numero di equivalenti contenuti in 308.82 g di MnO3 (P.M. = 102.94) quando partecipa alla seguente reazione redox da bilanciare:
MnO3 + Fe2+ → Mn2+ + Fe3+
La semireazione di riduzione di MnO3 è:
MnO3 + 6 H+ + 4 e–→ Mn2+ + 3 H2O
Mentre la semireazione di ossidazione dello ione Ferro(II) è:
Fe2+ → Fe3+ + 1 e–
Moltiplicando per 4 quest’ultima otteniamo la reazione bilanciata:
MnO3 + 4 Fe2+ + 6 H+ → Mn2+ +4 Fe3++ 3 H2O
Come si nota, il numero di elettroni scambiati è pari a quattro quindi il peso equivalente di MnO3 vale:
P.E: = P.M./n = 102.94/4=25.74
Poiché Eq = g/P.E.= 308.82/ 25.74=12
6) Calcolare la normalità di una soluzione contenente 14.82 g di Ca(OH)2 (P.M.= 74.1) in 250 mL di soluzione
Poiché Ca(OH)2 contiene due gruppi OH– il suo peso equivalente è pari a:
P.E: = P.M./n = 74.1 g/ 2 = 37.05
da cui Eq = g/P.E.= 14.82 g/ 37.05 = 0.4
calcolato il numero di equivalenti e noto il volume possiamo calcolare la normalità:
N = Eq/V = 0.4 / 0.250 L = 1.6
7) Calcolare i grammi di H3PO4 ( P.M. = 97.995) necessari ad ottenere 18.68 mL di una soluzione 0.1079 N
Dalla definizione di normalità N = Eq/V si ha: Eq= N ∙ V = 0.1079 ∙ 0.01868 L = 0.002016 equivalenti
Poiché H3PO4 contiene tre ioni H+ il peso equivalente è pari a 97.995/3= 32.665
Ricordando che Eq = g/P.E. si ha: g = eq ∙ P.E = 0.002016 ∙ 32.665 = 0.06585 g
8) Calcolare la normalità di una soluzione di H2SO4 sapendo che 23.67 mL di tale soluzione richiedono 26.73 mL di una soluzione di NaOH 0.0936 N per la completa neutralizzazione
Gli equivalenti di NaOH sono pari a 0.02673 L ∙ 0.0936 Eq/L = 0.00250 che sono pari agli equivalenti di H2SO4
La normalità è quindi pari a N = 0.00250/ 0.02367 L = 0.106