Chimica: come calcolare la normalità

Lo studio della chimica si basa su un numero abbastanza limitato di concetti elementari, per poi combinarli insieme e risolvere così anche i problemi più complessi. Uno dei primi argomenti che uno studente incontra nel suo percorso, dopo le fondamentali nozioni su atomi e molecole, è quello di soluzione. Rappresenta un miscuglio omogeneo di sostanze diverse e, proprio per questo motivo è utile calcolarne la concentrazione. Questa si può successivamente esprimere in diversi modi: attraverso la molarità, la molalità e la normalità. Pur non essendo riconosciuta dal Sistema Internazionale e dalla IUPAC (Industrial Union of Pure and Applied Chemistry), la normalità è un concetto importante e ancora largamente utilizzato nei laboratori e negli esercizi. In questa guida possibile capire come calcolare la normalità di una soluzione.

• Nozioni base di chimica, manuale di chimica generale o di stechiometria

Quando avviene una reazione chimica in soluzione, le due (o più) sostanze impegnate nel processo, reagiscono con lo stesso numero di equivalenti, anche quando il loro rapporto stechiometrico non 1:1 e quindi le quantità in moli sono diverse. Nel paragrafo successivo si avrà un'idea più chiara di cosa rappresenta fisicamente un equivalente, dato che si tratta di un concetto astratto. Il numero di equivalenti (n Eq.) in relazione al volume della soluzione (n. Eq / 1L) indica la normalità della miscela. Quindi, possiamo calcolare la normalità basandoci sul semplice rapporto fra equivalenti di soluto (n. Eq) ed il volume della soluzione espresso in litri (V).

A tal proposito, si definisce anche il numero di equivalenti (n. Eq) come il rapporto tra la massa pesata della una sostanza, espressa in grammi, e la sua massa equivalente (m. Eq). Il calcolo della massa equivalente può spesso aiutare chi si accinge a svolgere un esercizio sulla normalità, tuttavia non sempre si ha tra i dati a disposizione la massa in grammi della sostanza da analizzare, per questo ci si può limitare a conoscere la molarità e z Eq. (un altro modo per esprimere il numero di equivalenza, ma in "senso assoluto" e non in base alla quantità di sostanza), per poi ottenere il valore di n Eq. E, infine, la normalità. Nei paragrafi successivi sarà illustrato il rapporto tra molarità e normalità.

Il primo caso una reazione redox in cui due o più specie chimiche sono impegnate in uno scambio di elettroni, da cui una sostanza (detta ossidante) acquista cariche negative e l'altra (riducente) perde elettroni, si determina la massa equivalente (m. Eq) come il rapporto tra massa molare della sostanza che si sta ossidando (MM) ed il numero di elettroni assunti o persi (ricordando che il numero di elettroni acquistati è sempre uguale a quello degli elettroni persi!)

Il secondo caso è la dissociazione di un acido ed è l'esempio più chiaro. La m. Eq è calcolata come rapporto tra la massa molare (Mm) ed il numero di ioni H+ che si sono liberati, ma bisogna fare attenzione al tipo di acido che si sta analizzando: HCl (acido cloridrico) si dissocia in H e Cl quindi una sola mole di ioni H+ per ogni mole di acido (numero di equivalenza=1) mente H2SO4 (acido solforico) libera 2 ioni H+ per ogni mole, e quindi il numero di equivalenti sarà 2! La normalità, supponendo 1L di soluzione è pari a 1N nel caso di HCl e 2N nel caso dell'acido solforico.

Il terzo caso è quello di una reazione che prevede un sale (es solfato di calcio e solfato di sodio): il concetto è simile a quello degli acidi. Na e Ca sono due elementi con un numero diverso di elettroni di valenza, quindi si legano in modo diverso allo ione solfato (SO4-). Per ogni mole di solfato, ci sarà solo una mole di Ca (z Eq=1), mentre per una mole di solfato di sodio ci saranno 2 moli di Na (z Eq=2 e la normalità diventa doppia).

Riassumendo, è possibile calcolare sia il n. Eq che la m. Eq per ottenere la normalità. Se non è nota la massa in grammi della sostanza a disposizione calcolare la massa equivalente sarà complicato, quindi optate per il numero di equivalenza. La normalità sarà poi calcolata come rapporto N=n. Eq/V

La normalità può essere inoltre ottenuta a partire dalla molarità. Come detto prima, spesso il numero di equivalenti (lo stesso per tutte le sostanze, in una certa reazione) non è uguale per le moli, quindi molarità e normalità non saranno lo stesso valore. Per capire come ci sia possibile, riprendiamo l'acido solforico: suppongo di avere 1 mole di H2SO4 in 1L, quindi una molarità 1M. Tuttavia, ogni mole di acido dissocia 2 moli di ioni H+, quindi il numero di equivalenza sarà 2 e la normalità, sempre in 1L, sarà pari a 2N.

• Sarebbe opportuno svolgere qualche semplice esercizio per padroneggiare questa operazione

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