Normalidad

Al igual que la molaridad, esta unidad de concentración se basa en el volumen de solución. La normalidad se define como el número de equivalentes del soluto por litro de solución:

en donde N es la normalidad, #eg es el número de equivalentes, y V es el volumen de la solución expresado en litros. Esta definición puede ser extendida cuando se emplea el concepto de miliequivalente gramo y el volumen se maneja en mililitros ya que (usando el análisis dimensional):

Pues:

en donde g representa los gramos de soluto y ME la masa del equivalente, por lo que

A continuación se define e ilustra la determinación de la masa del equivalente-gramo en los diferentes tipos de reacciones. Esto se basa en que en las reacciones químicas las sustancias reaccionan equivalente a equivalente. Este es el fundamento de la volumetría, cuestión que veremos con más detalle en otra sección.

1. Reacciones de neutralización. La masa del equivalente-gramo de una sustancia en volumetrías de neutralización es la masa de la sustancia que puede suministrar, reaccionar con, o ser químicamente equivalente a un átomo gramo de protones (H⁺) en la reacción que tiene lugar. Así, la masa del equivalente-gramo del HCl coincide con su masa molecular; la masa del equivalente-gramo del H₂S0₄ es la mitad de la masa mo­lecular. La masa del equivalente-gramo del ácido acético, CH₃COOH coincide con su masa molecular; el hecho de que el ácido acético esté débilmente ionizado nada tiene que ver con la equivalencia, pues en su reacción con una base el ácido acético aporta a la reacción todo su contenido en protones. Las tres etapas de la ionización del ácido fosfórico, H₃P0₄, condiciona que puede proporcionar protones (o ser neutralizado) por etapas, en reacciones independientes con puntos finales propios. Por consiguiente, el ácido fosfórico tiene diferentes masas del equivalente-gramo, representados por H₃P0₄/1, H₃P0₄/2 y H₃P0₄/3, según se neutralicen 1, 2 o sus 3 protones. Es un principio universal que la masa del equivalente-gramo está deter­minado por la reacción que tenga lugar.

La masa del equivalente-gramo de una base es la masa de ella que reacciona con o acepta un átomo gramo de protones. Así, la masa del equivalente-gramo del hidróxido sódico es NaOH/1; el del hidróxido bárico, Ba(OH)₂/2; el del carbonato sódico, Na₂CO₃/1 cuando pasa a HCO_3~, y Na₂CO₃/2 cuando pasa a H₂C0₃.

2. Formación de precipitados, complejos o electrolitos débiles. En este tipo de volumetrías, la masa del equivalente-gramo de una sustancia es la masa de la misma que proporciona, reacciona con, o es quimicamente equivalente a un átomo gramo de un catión monovalente en el precipitado, complejo o electrolito formado. En la precipitación volumétrica del cloruro de plata, un mol de AgNO₃ contiene un equivalente, porque es la cantidad de dicha sustancia que aporta un átomo gramo de Ag⁺, catión monovalente, en el precipitado. En la misma reacción la masa del equivalente-gramo del KCl coincide con su masa molecular, pues dicho com­puesto aporta la cantidad de ion cloruro que reacciona con un átomo gramo del catión monovalente Ag⁺. En su precipitación en forma de AgCl, la masa del equivalente-gramo del cloruro de bario es BaCl₂/2. Si se precipita en forma de BaCrO₄ la masa del equivalente-gramo del K₂CrO₄ es K₂CrO₄/2, porque la mitad dla masa molecular aporta una cantidad de ion cromato que reacciona con la mitad de un átomo gramo del catión divalente Ba²⁺  para formar el precipitado de BaCrO₄. La mitad del átomo gramo de un catión divalente es equivalente a un átomo gramo de un catión monovalente.

En la reacción

la masa del equivalente-gramo del cianuro potásico es 2KCN, pues se necesitan 2CN^- para completar la reacción con un átomo gramo del catión monovalente Ag⁺ en la formación del complejo. Obsérvese que la equivalencia del KCN se funda en su reacción con Ag⁺, y no en el ion potasio del KCN; el K⁺ no juega ningún papel en la reacción. La equivalencia fundada en la monovalencia del potasio conduciría a una conclusión errónea. En la formación del electrolito débil HgCl₂, el equivalente del NaCl coincide con la masa molecular; pero en la formación del complejo HgCl₄^-, el equivalente es 2NaCl. No puede darse un énfasis mayor a la afirmación de que el equivalente se determina mediante la reacción que tiene lugar.

3. Reacciones redox. En volumetrías redox, la masa del equivalente-gramo de una sustancia es la masa de la misma que aporta, recibe (reacciona con) o es químicamente equivalente a un mol de electrones transferidos en la reacción que tenga lugar.

La mejor forma de deducir el equivalente de una sustancia es escribir la ecua­ción de su semirreacción ion-electrón y observar el número de electrones necesarios por cada mol de la sustancia que interesa. De la misma forma que los ácidos polipróticos pueden tener masas de equivalente-gramo diferentes, las sus­tancias que pueden sufrir varios cambios diferentes de electrones, tienen en cada cambio distinto peso equivalente. Por ejemplo, la masa del equivalente-gramo del permanganato potásico es su masa molecular dividida por 5, o 3, según se reduzca a Mn²⁺ o MnO₂ respectivamente. En la semirreacción:

el equivalente del dicromato de potasio es su peso fórmula entre 6.

Ejemplos de cálculos relacionados con la normalidad.

Ejercicio 1.

Calcule la normalidad de una disolución de ácido sulfúrico que se prepara disolviendo 2 mL de ácido concentrado al 95 % (densidad 1.84 g/L) en agua y aforando hasta 250 mL.

R/

Ejercicio 2.

Calcule el número de gramos de Na₂CO₃ puro que se requieren para preparar 250 ml de una solución 0.150 N. El carbonato de sodio se va a titular con HCl de acuerdo a la ecuación:

R/ Cada mol de Na₂CO₃reacciona con dos moles de H⁺, por lo que su peso equivalente es la mitad de su peso molecular, o sea 105.99/2 = 53.00 g/eq. De aquí:

Ejercicio 3.

Calcule la normalidad de una solución de nitrato de níquel preparada al disolver 2.00 g de níquel metálico puro en ácido nítrico y diluyendo a 500 ml. Al titular el níquel con KCN ocurre la siguiente reacción:

R/ El peso equivalente del níquel es la mitad de su peso atómico debido a que el níquel es un ion divalente. Por lo tanto,

Título o titro de las disoluciones.

Lo referente a la reacción equivalente a equivalente de las sustancias en las reacciones químicas nos conduce a que hay otra manera de expresar la concentración y que es de mucho empleo en química analítica, que es el título de una solución. Las unidades del título están dadas en peso por unidad de volumen, pero el peso en lugar de ser el del soluto es el de la sustancia con la que reacciona la solución. Por ejemplo, si 1.00 ml de solución de hidróxido de sodio neutraliza exactamente a 2 mg de ácido acético, la concentración del hidróxido se puede expresar como igual a 2.00 mg de ácido acético por mL. La concentración como título (T) se puede convertir fácilmente a normalidad y viceversa, como se ve en la  siguiente relación:

Tomando en cuenta que la masa del equivalente que se toma es la de la sustancia con que reacciona la solución y no la del soluto.

Ejercicio 4.

Determine el título en cloruro del nitrato de plata 0.01N.

R/