Soluciones normales: concepto, preparación, ejemplos

Las soluciones normales son todas aquellas en las cuales la concentración del soluto está expresada en equivalentes o equivalentes-gramos por litro de solución.

Cuando se habla de la normalidad de una solución, se refiere al número de equivalentes de un soluto que ella posee por litro de solución. Pero para hallar este número de equivalentes es necesario conocer su peso equivalente, el cual varía entre los elementos, el tipo de compuesto químico, o inclusive la reacción que tome lugar.

Por esto las soluciones normales son por lo general más complicadas de preparar en lo que respecta a sus cálculos teóricos. Se reconocen porque presentan la ‘N’ de normalidad en sus rótulos. Muchos ácidos y bases se han preparado de acuerdo a esta concentración; por ejemplo, NaOH 0.01 N.

Donde más se presentan las soluciones normales son en los reactivos utilizados para reacciones redox. Generalmente, se tratan de soluciones de sales como el KMnO₄, CuSO₄, CrCl₃, entre otras.

La mayor parte del tiempo, y en líneas generales, se prefieren las soluciones molares antes que las normales. Esto se debe a que las primeras son más fáciles de preparar y de relacionar sus concentraciones con cualquier proceso.

Índice del artículo

• 1 Preparación de soluciones normales
  • 1.1 Paso 1
  • 1.2 Paso 2
  • 1.3 Paso 3
  • 1.4 Paso 4
  • 1.5 Paso 5
• 2 Ejemplos de soluciones normales
  • 2.1 Ejemplo 1
  • 2.2 Ejemplo 2
• 3 Referencias

Preparación de soluciones normales

¿Cómo se preparan las soluciones normales? Aunque los pasos a seguir no sean distintos a los de otras soluciones, se explicarán a continuación:

Paso 1

Buscar las características químicas del reactivo que se desea preparar, utilizando la información que aparece en la etiqueta de los envase de los reactivos. La información requerida es la fórmula química del reactivo, su peso molecular, si el reactivo es anhidro o no, etc.

Paso 2

Realizar los cálculos necesarios para la preparación de las soluciones normales. La normalidad se expresa en equivalentes por litro (Eq/L) y se abrevia con la letra ‘N’.

Se inicia el cálculo dividiendo la concentración de la solución expresada en gramos/litro (g/L) entre el peso equivalente expresado en gramos por equivalente (g/Eq). Pero antes, debe obtenerse el peso equivalente del reactivo, teniendo en cuenta el tipo del reactivo químico.

Ejemplo

¿Cuántos gramos de carbonato de sodio se necesitan para preparar un litro de una solución 2 N, sabiendo que tiene un peso molecular de 106 g/mol?

Por definición, una solución normal (N) viene expresada en equivalentes/litro (Eq/L). Pero el número de equivalentes debe calcularse con base al peso equivalente del reactivo químico. Entonces, el paso inicial del cálculo es la obtención del peso equivalente del Na₂CO₃.

El reactivo es una sal, por lo que su pEq es:

PM / (Sm x Vm)

El metal en el Na₂CO₃ es Na. El subíndice del Na (Sm) es 2 y su valencia (Vm) es 1. Por lo tanto, Sm x Vm es igual a 2.

pEq = PM / 2

= 106 g/mol ÷ 2 Eq/mol

= 53 g/Eq

La solución de Na₂CO₃ que se desea preparar es 2 N, por lo que por definición tiene una concentración de 2 Eq/L. Luego, se puede hallar la concentración expresada en g/L, mediante el uso de la expresión matemática:

g/L =  Eq/L (N) x pEq (g/Eq)

= 2 Eq/L x 53 g/Eq

= 106

Entonces, para preparar 1 litro de una solución de carbonato de sodio 2 N se requieren 106 g del reactivo.

Paso 3

Pesar los gramos calculados del reactivo en una balanza analítica o de precisión, cuidosamente para no cometer errores de pesada.

Paso 4

Disolver el reactivo pesado en un vaso de precipitado y agregar un volumen adecuado de agua desionizada o destilada, de tal manera que el volumen en el que se disuelva el reactivo no sobrepase el volumen estipulado.

Paso 5

Verter el contenido del vaso de precipitado en un matraz aforado y agregar agua hasta alcanzar su aforo. Por último, se trasvasa el volumen del reactivo a un envase adecuado para su almacenamiento y uso.

Ejemplos de soluciones normales

Ejemplo 1

¿Cuántos gramos de hidróxido de sodio (NaOH) se requieren para preparar 1,5 litros de una solución al 2N y qué volumen de HCl 1 N se requieren para neutralizar completamente al NaOH? Peso molecular NaOH = 40 g/mol.

Parte a

El peso equivalente del NaOH se calcula como:

PEq NaOH = PM / Nº OH

El NaOH es una base que tiene un solo OH.

pEq NaOH = 40 g/mol ÷  1 Eq/mol

= 40 g/Eq

La cantidad de gramos de NaOH necesarios para preparar una solución de NaOH se pueden obtener aplicando la relación:

g/L de NaOH = Normalidad (Eq/L) x pEq (g/Eq)

= 2 Eq/L x 40 g/Eq

= 80 g/L

Ahora, se pueden obtener los gramos NaOH necesarios para preparar 1,5 L de una solución 2 N de NaOH:

g de NaOH = 80 g/L x 1,5 L

= 120 g NaOH

Parte b

Una característica de los equivalentes es que un número de los mismos reacciona con el mismo número de otros equivalentes.

La reacción planteada es una reacción de neutralización, en la cual un ácido (HCl) reacciona con una base (NaOH) para producir una sal y agua. Por lo tanto, un número de equivalentes del ácido (EqA) reacciona con el mismo número de equivalente de una base (EqB) para producir su neutralización.

Sabiendo que los equivalentes se relacionan con la normalidad y el volumen mediante la siguiente expresión:

Eq = V x N

Puede determinarse el volumen de HCl necesario para neutralizar al NaOH:

EqA = V_A x N_A

EqB = V_B x N_B

EqA = EqB

Entonces,

V_A x N_A = V_B x N_B

Despejamos V_A:

V_A = V_B x N_B / N_A

En este caso, intervienen el ácido clorhídrico (1 N) y el hidróxido de sodio (2 N):

V_A = (1,5 L x 2 Eq/L) / 1 Eq/L

= 3 L

Se requieren 3 litros de una solución de HCl 1 N para neutralizar 1, 5 litros de una solución de NaOH 2 N.

Ejemplo 2

¿Cuál será la normalidad de una solución de cloruro de calcio (CaCl₂) que se prepara disolviendo 120 gramos del reactivo en 1,5 litros? Peso molecular del CaCl₂ = 111 g/mol

Primero determinemos el peso equivalente (pEq) del CaCl₂. El CaCl₂ es una sal, por lo tanto:

pEq = PM / (Sm x Vm)

El metal es el calcio (Ca), su subíndice es 1 (Sm) y su valencia es 2 (Vm). Así, sustituimos:

pEq = 111 g/mol /(1 x 2)

= 55,5 g/Eq

Finalmente, procedemos a determinar la normalidad (Eq/L) de la solución. Este cálculo podemos obtenerlo aplicando los debidos factores de conversión:

N = (120 g/1,5 L) x (Eq/55,5 g)

= 1,44

Por lo tanto, por definición la normalidad de la solución de CaCl₂ es 1,44 N

Referencias

1. Ma. Berenice Charles Herrera. (18 de septiembre de 2011). Solución Normal (N). Recuperado de: pdifresh.blogspot.com
2. Ankur Choudhary. (2020). Preparation of Molar and Normal Solutions. Recuperado de: pharmaguideline.com
3. Lab CE. (2020). What is a Normal Solution? Recuperado de: labce.com
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 de febrero de 2020). How to Calculate Normality (Chemistry). Recuperado de: thoughtco.com
5. Wikipedia. (2020). Equivalent concentration. Recuperado de: en.wikipedia.org