sábado, 14 de agosto de 2021

Concentración normal, normalidad o concentración equivalente | ⚗️ Disoluciones y unidades de concentración | Joseleg |

(Ciencias de Joseleg)  (Química)  (Química cuantitativa)  (Disoluciones y propiedades coligativas)  (Ejercicios)  (Introducción)  (Generalidades)  (Mezclas homogéneas y heterogéneas)  (Mezclas homogéneas o disoluciones)  (Tipos de disoluciones)  (Introducción a las unidades de concentración)  (Porcentaje en masa)  (Notación partes por)  (Porcentaje volumen a volumen)  (Porcentaje masa a volumen)  (Concentración molar)  (Concentración normal)  (Peso equivalente y factor equivalente) (Concentración molal)  (Fracción molar)  (Conversiones entre unidades de concentración líquidas)  (Unidades de concentración en gases)  (Conversiones de unidades de concentración gaseosas)  (Cambios de concentración subcríticos)  (Alícuotas, destilaciones y mezclas) (Referencias bibliográficas)

 

La concentración normal o concentración de equivalentes (eq) se define como el número de equivalentes por cada litro de solución y sus unidades son eq/L.

(56)

Su nombre verdadero es la concentración de equivalentes, debido a que es una medida de la dispersión volumétrica de la cantidad de equivalentes. Su simbología varía mucho a lo largo de la bibliografía, en especial porque tradicionalmente su símbolo de variable y su símbolo de unidad derivada son iguales, e iguales al símbolo de número de partículas (N) es confuso, o como dirían los historiadores de la ciencia, una infelicidad derivada del devenir histórico de la investigación científica, y también que los químicos no se ponen de acuerdo con facilidad.

A demás no existe entrada para la concentración equivalente en el libro dorado de la IUPAC debido a que es una unidad que trata de dejarse excluida o en desuso, sin embargo, algunas ramas de la medicina aun la emplean rutinariamente especialmente en la forma de miliequivalentes sobre litro.

La pregunta que debemos hacernos es ¿Qué es un equivalente? Y mucho más importante ¿Cómo podemos relacionar los equivalentes con las cargas relativas (z) y el número de átomos en un sistema (Ni)?

Aunque el libro de oro de la IUPAC no tiene entrada para la concentración equivalente, si tiene entrada para equivalente, la cual literalmente se traduce de la siguiente forma.

Entidad equivalente: Entidad correspondiente a la transferencia de un ion H+ en una reacción de neutralización, de un electrón en una reacción redox, o de una magnitud de carga igual a 1 en iones. Ejemplos: 1/2H2SO4, 1/5KMnO4, 1/3Fe3+https://goldbook.iupac.org/terms/view/E02192.

Sin embargo, nosotros tendremos 2 interpretaciones del equivalente. Por un lado, un equivalente será igual a una constante de carga relativa para exactamente un mol de sustancia. También podemos interpretar al equivalente como igual a la carga de Faraday 96485 culombios. Tengan en cuenta que en este contexto diferenciamos la carga de Faraday, de la constante de Faraday, que tiene el mismo valor, pero sus unidades serán culombios sobre mol.

Por otro lado, al igual que sucede con la masa en que existen dos variables de masa, una llamada masa (m) y otra masa molar (M), Para los equivalentes, también tendremos dos variables, una el número de equivalentes (e) y la otra el equivalente molar (em). Ahondaremos en estos conceptos posteriormente.

 

Símbolo de variable de la normalidad

En base a esto propondremos como símbolo de variable εi, que debe leerse como concentración equivalente, y ei como símbolo de entidad equivalente medida precisamente en equivalentes.

(57)

Por lo tanto, las unidades de la concentración equivalente serán eq/L. En textos antiguos eq/L tiende a expresarse con una unidad derivada llamada normal, de símbolo N, pero no se aconseja usar esta unidad derivada por dos razones:

- Tiende a confundirse con el símbolo para la variable número de partículas (Ni) o con el número de Avogadro (NA).

- La unidad derivada normal no sirve para hacer análisis dimensional.

Por lo anterior, cada vez que encuentre un enunciado que emplea la unidad normal (N) que se reconoce por estar a la izquierda de un valor, reemplácela por la expresión eq/L.

 

Los fluidos corporales contienen una mezcla de electrolitos (YouTube), tales como Na+, Cl-, K+ y Ca2+. Medimos cada ion individual en términos de un equivalente (eq) o 2 eq para el calcio debido a que tiene dos cargas iónicas. En cualquier solución, la carga de los iones positivos es siempre equilibrada por la carga de los iones negativos. Las concentraciones de electrolitos en líquidos intravenosos se expresan en miliequivalentes por litro (meq/L) o mN “denominado milinormal”; 1 eq = 1000 meq. Por ejemplo, una solución que contiene 25 meq / L de Na+ y 4 meq / L de K+ tiene una carga positiva total de 29 meq / L. Si Cl- es el único anión, su concentración debe ser 29 meq / L.

Básicamente la concentración normal se usa para soluciones de mezclas de más de un soluto, donde la propiedad que nos interesa, la carga, y todas las que de esta se desprendan como la presión osmótica y el potencial eléctrico dependen de la acción conjunta de todos los iones simultáneamente. En este caso los equivalentes ayudan a modelar muchos iones como si fueran una misma cosa, ya que la propiedad a analizar es homogénea a todos los iones presentes, especialmente en los sistemas vivos.

Los electrolitos en el cuerpo juegan un papel importante en el mantenimiento de la función adecuada de las células y órganos en el cuerpo. Típicamente, los electrolitos sodio, potasio, cloruro y bicarbonato se miden en un análisis de sangre. Los iones sodio regulan el contenido de agua en el cuerpo y son importantes en llevar impulsos eléctricos a través del sistema nervioso. Los iones de potasio también están implicados en la transmisión de impulsos eléctricos y juegan un papel en el mantenimiento de un latido cardíaco regular. Los iones cloruro equilibran las cargas de los iones positivos y también controlan el equilibrio de los fluidos en el cuerpo. El bicarbonato es importante para mantener el pH adecuado de la sangre. A veces, cuando el vómito, la diarrea, o si la sudoración es excesiva, las concentraciones de ciertos electrolitos pueden disminuir. Luego se pueden administrar fluidos como Pedialyte para volver los niveles de electrolitos a la normalidad, y probablemente de allí se desprenda el nombre de la unidad de la concentración equivalente, normal.

 

Como calcular el equivalente

La concentración equivalente es posiblemente la unidad de concentración más difícil de manipular por el hecho de que los enunciados rara vez nos van a dar los valores directos del número de equivalentes. En otras palabras, debemos poder calcular el número de equivalentes a partir de otras magnitudes físicas dadas en un enunciado, como por ejemplo la masa o la cantidad de sustancia.

Para resolver este problema emplearemos la definición de equivalente molar, que es el número de equivalentes sobre cantidad de sustancia, Y, por lo tanto, sus unidades son eq/mol.

(58)

Por lo tanto, el problema ahora se traslada a encontrar el equivalente molar, pero es mucho más fácil porque, al igual que la masa molar, el equivalente molar es una constante de proporcionalidad que dependerá de la identidad de la sustancia y del tipo de ecuación química en la que esté insertada la sustancia.

Adicionalmente, el equivalente molar es una magnitud que sólo existe para ecuaciones químicas o para entidades con cargas eléctricas relativas, como los iones, en una reacción de ionización o como los electrones en reacciones de óxido-reducción.

- Para exactamente un mol de cualquier ion aislado, su equivalente molar es igual al valor absoluto de su número de carga expresado en equivalente sobre mol. En este caso eq/mol, va a funcionar como una constante unitaria, homologa a la constante de masa molar, que también es 1 g/mol. En consecuencia, simbolizaremos la constante de equivalente molar como emu.

(59)

- Para una sustancia ionizable en una ecuación química el equivalente molar va a ser igual al radio estequiométrico de la ionización multiplicado por el equivalente molar del ion.

(60)

La ecuación anterior también sirve para reacciones de oxidación o reducción, pero en este caso, asumiendo que el ion es el electrón.


Qué tiene de normal la concentración equivalente?

El término "normalidad" se deriva del antiguo término alemán para concentración equivalente (die Äquivalentkonzentration), es decir, el Normalität, que fue acuñado por Karl Friedrich Mohr. Según (Wilhelm, 1989), Mohr introdujo el concepto de solución normal y normalidad (como se conoce en el mundo moderno) en la primera edición de su Lehrbuch der chemisch-analytischen Titrirmethode (Mohr, 1855). El prefacio contenía las siguientes definiciones, entre otras:

La temperatura normal de los líquidos es 14 °R = 17.5 °C. Fluido normal significa una solución que contiene 1 átomo de sustancia, expresada en gramos, en 1 litro. Líquido normal Zehend significa una solución que contiene 1/10 átomo de sustancia, expresada en gramos, a 1 litro o que actúa con 1/10 átomo de un cuerpo contenido (por ejemplo, oxígeno). El libro también enumera numerosas definiciones "normales" para el punto de vista de Mohr, y dado que el básicamente inventó el análisis cuantitativo estandarizado y propuso numerosas herramientas y técnicas analíticas, se acuñó, más aún porque la ciencia más avanzada de su tiempo era alemana, y todos los demás se copiaron. Entre estas definiciones hay:

Normalwägung - pesaje estándar [procedimiento]; Normalbürette - bureta estándar (un tubo de vidrio de 500 mm de largo, 13.5 mm de diámetro interno, contiene 60 cm3 de líquido dividido en cinco partes, cada cm3 tiene 7 mm de largo); Normale Stärke - fuerza de una solución normal de ácido / base; Normalsäure y Normalnatron: soluciones estándar / normales de ácido y base que, curiosamente, Mohr sugirió etiquetar con los trozos de papel rojo y azul, respectivamente; Normalkleesäure, Normalsalpetersäure, Normalchlorbaryum, etc. - soluciones normales de oxálico, ácido nítrico y cloruro de bario (II), etc.

Al mismo tiempo, se usó la normalidad para describir la relación normal entre la estequiometría de los elementos (especialmente C, O, N) y el número de equivalentes encontrados en compuestos complejos como proteínas o fármacos (Zeising, 1856). Así pues, la concentración equivalente era lo normal en esa época, ya que los pesos normales eran los pesos equivalentes; pero actualmente los pesos normales son las masas molares, y la concentración normal es realmente la contracción de cantidad de sustancia.


Esa unidad de concentración nos recuerda que la electricidad también es química. Y que el concepto de Cantidad de sustancia está estrechamente vinculado al concepto de carga de Faraday, o constante de Faraday.

En los capítulos introductorios de la materia nos dimos cuenta de que el agua es la medida de toda la química y que sólo hasta que los químicos estuvieron de acuerdo de que la fórmula molecular del agua es (H2O) Que la química moderna comenzó a desarrollarse realmente.

Adicionalmente, debemos recordar que el agua siempre estuvo vinculada al experimento de Cavendish, es decir, a la ionización del agua por una corriente eléctrica para formar hidrógeno y oxígeno gaseosos.

El punto importante aquí es que cuando se logró la tecnología para medir la corriente eléctrica necesaria para romper dos moles de agua para generar dos moles de hidrógeno gaseoso, y un mol de oxígeno gaseoso, la corriente eléctrica necesaria siempre era un valor constante, igual a la carga de Faraday (Laing, 1996). Cuando se aplicó la misma carga de Faraday a otras reacciones químicas simples, se dieron cuenta que las cantidades de sustancia obtenidas siempre eran iguales a sus correspondientes números estequiométricos teóricos expresados en moles, siempre y cuando se emplearán las mismas cantidades de sustancia iguales a sus números estequiométricos de los reactivos.

(61)

Si nos volvemos a fijar en el agua, eso quiere decir que para obtener una sola mol de oxígeno molecular se requiere una carga de Faraday. Y por el mismo razonamiento que nos permite calcular el número de moléculas a través de la cantidad de sustancia, Si dividimos la carga de Faraday entre el número de Avogadro, obtendremos la constante, pero para una sola partícula, Que se denomina constante de carga elemental.

(62)

De hecho, un solo protón tiene una carga igual a la constante de carga elemental y un solo electrón tiene una carga igual al negativo de dicha carga elemental.


Combinaremos las ecuaciones 57 y 58, siempre y cuando se conozca el equivalente molar.

(63)

Lo anterior nos lleva al modo en que los libros Detexto normalmente representan la concentración normal como igual, al equivalente molar por la concentración molar, ya que cantidad de sustancia de El soluto sobre el volumen de la solución es ci.

(64)

Y la ecuación 60 servirá para calcular el equivalente molar en la mayoría de las situaciones.

No hay comentarios:

Publicar un comentario

Demostrar ecuaciones para el análisis de combustión y composición porcentual // 🧪 Estequiometría analítica

https://youtu.be/01EP1yULCrA 👉 𝐄𝐧𝐮𝐧𝐜𝐢𝐚𝐝𝐨 : Demuestre las ecuaciones para el problema del análisis de combustión y el análisis de ...