Ekvivalentti konsentraatio

Kemiassa ekvivalentti konsentraatio, eli normaalius tai normaalisuus N tarkoittaa jonkin aineen pitoisuuden ilmoittamista esimerkiksi molaarisuuden sijaan aineen "toiminnallisena" molaarisuutena jossakin tietyssä reaktiossa. Toiminnallisuuden mitta on ekvivalenssi. Normaalisuuden käsitettä voi käyttää monenlaisissa reaktioissa.

Esimerkiksi kaksiarvoisen hapon ja yksiarvoisen emäksen neutraloituessa keskenään vastaa yksi happo reaktiossa kahta emästä, eli yksi happo on kahdelle emäkselle ekvivalentti. Hapon ekvivalenssi on siten 2. Siksi kertomalla ekvivalenssi molaarisuudella M (mol/l), saadaan ekvivalentti molaarisuus N^[1]^[2]

N = M × ekvivalenssi

Tämä on yksi ekvivalentin konsentraation määritelmistä. N yksikkö on usein eq/l (ekvivalenttia per litra) tai ekvivalenttia grammaa per litra.^[1]

N saadaan myös jakamalla M ekvivalenssikertoimella f_eq^[2]

N = M / f_eq

Tämä on toinen ekvivalentin konsentraation määritelmä. f_eq on ekvivalenssin käänteisluku, eli (1/eq). Yksikkö on eq^-1.^[2]

IUPAC ja NIST eivät suosittele normaalisuuden käyttöä koska se voi aiheuttaa tulkintavirheitä tilannekohtaisuutensa vuoksi.^[2]^[3] Toisin kuin molaarisuus, liuoksen normaalisuus on suhteellista ja riippuu aineesta itsestään sekä aineista joiden kanssa se reagoi.

Esimerkki

Ekvivalenssi

Rikkihappo (H₂SO₄) on kahdenarvoinen happo ja voi luovuttaa 2 protonia (H⁺) emäkselle kuten yhdenarvoiselle eli yhden H⁺ vastaanottavalle natriumhydroksidille (NaOH). Täydelliseen neutralointiin tarvitaan siksi 2 NaOH:ia per rikkihappo. Reaktio on

H_{2}SO_{4}+2NaOH\longrightarrow Na_{2}SO_{4}+2H_{2}O

Reaktiossa yllä yksi rikkihappo vastaa kahta NaOH:ia eli on näille ekvivalentti. Rikkihapon ekvivalenssi on siten 2 eq. Jos hapon liuos on 1.5 molaarista (M), on sen ekvivalentti konsentraatio eli normaalisuus N

M × ekvivalenssi = 1.5 M × 2 eq = 3 N

1.5 M rikkihappoliuosta voidaan kutsua ääneen "kolme normaaliseksi". Tämä on kuitenkin aina suhteessa emäkseen ja jos valitaan NaOH sijaan neutralointireaktioon kahdenarvoinen emäs BaOH₂, on 1.5 M rikkihappoliuos 1.5 N, sillä

1.5 M × 1 eq = 1.5 N.

Jos NaOH kanssa reagoidaankin kolmenarvoinen 1.5 M fosforihappoliuos (H₃PO₄) rikkihapon sijaan, on fosforihappoliuos 4.5 N, sillä

1.5 M × 3 eq = 4.5 N.

Hapon normaalisuus siis riippuu aina hapon tyypistä, hapon molaarisuudesta ja emäksen tyypistä (jonka kanssa happo reagoi), mutta ei koskaan emäksen molaarisuudesta. Myös emäksen normaalisuus suhteessa happoon riippuu hapon tyypistä, mutta ei hapon molaarisuudesta.

Ekvivalenssi-käsite pätee kuitenkin muillekin reaktioille kuin happo-emäs -reaktioille. Se pätee mille tahansa kemialliselle reaktiolle. Siten ekvivalentin konsentraationkin käsitettä voi käyttää missä tahansa reaktiossa.^[2]

Ekvivalenssikerroin

Kahdenarvoisen 1.5 M rikkihapon reagoidessa yhdenarvoisen NaOH kanssa, saadaan rikkihapon ekvivalenssikerroin hapon ekvivalenssin käänteislukuna

1 / 2 eq = 0.5 eq^-1

Jakamalla molaarisuus ekvivalenssikertoimella, saadaan N

1.5 M / 0.5 eq^-1 = 3 N

Käyttö

Normaalisuutta käytetään muun muassa

kuvaamaan happo-emäsreaktioiden aikaansaamaa oksonium- (H₃O⁺) tai hydroksidi-ionien (OH^-) pitoisuutta liuoksessa. Tällöin ekvivalenssi eq on kokonaisluku (esim. 1, 2, 3...).
pelkistysreaktioissa, joissa (1/eq) eli f_eq kuvaa elektronien lukumäärää, jotka hapettuva ja pelkistyvä yhdiste voi luovuttaa tai vastaanottaa. Tällöin eq voi olla murtoluku (esim. 0.32).
saostusreaktioissa, joissa (1/eq) eli f_eq kuvaa ionien lukumäärää, jotka saostuvat tarkastellussa reaktiossa. Tällöin eq on kokonaisluku.

Katso myös

Lähteet

↑ ^a ^b Understand What Normality Means in Chemistry ThoughtCo. Viitattu 29.11.2017.
↑ ^a ^b ^c ^d ^e Inczedy, J. & Lengyel, T. & Ure, A.M: ”6”, Compendium of Analytical Nomenclature, s. 3-5. (3. painos) IUPAC, 1998. ISBN 9780865426153 Teoksen verkkoversio.
↑ Thompson, A. & Taylor, B. N.: Guide for the Use of the International System of Units (SI) (Special publication 811), s. 27. NIST, 2008. doi:10.6028/NIST.SP.811e2008 Teoksen verkkoversio.

[:0-1] Understand What Normality Means in Chemistry ThoughtCo. Viitattu 29.11.2017.

[:1-2] Inczedy, J. & Lengyel, T. & Ure, A.M: ”6”, Compendium of Analytical Nomenclature, s. 3-5. (3. painos) IUPAC, 1998. ISBN 9780865426153 Teoksen verkkoversio.

[3] Thompson, A. & Taylor, B. N.: Guide for the Use of the International System of Units (SI) (Special publication 811), s. 27. NIST, 2008. doi:10.6028/NIST.SP.811e2008 Teoksen verkkoversio.

[1]

[2]

[3]