Normality (English spelling)

Japanese: 規定度 - きていど（英語表記）normality

The unit of concentration of a solution is called normality, and is symbolized by N. Normality is defined as the number of gram equivalents of solute contained in 1 cubic decimeter (previously liter) of solution. When 1 gram equivalent of solute is contained in 1 cubic decimeter of solution, the concentration of the solution is called 1 normality, and the solution is called a 1 normal solution, or simply a normal solution. For example, a solution containing 40.00 grams of sodium hydroxide (NaOH) in 1 cubic decimeter of solution is said to be 1 normality (written as 1N). This concentration indication is widely used because it is convenient for concentration calculations such as volumetric analysis, since it is based on the number of gram equivalents. However, the gram equivalent of a substance is not always constant. For example, (1) when potassium permanganate acts as an oxidizing agent in an acidic solution, 1 mole is 5 normality, but (2) when it reacts in a neutral or alkaline solution, 1 mole is 3 normality.

(1)MnO ₄ ^- +8H ⁺ +5e ^- -→Mn ²⁺ +4H ₂ O
E °＝1.51V
(2)MnO ₄ ^- +H ₂ O＋3e ^- -→MnO ₂ +4OH ^-
E °＝0.60V
In other words, in an acidic solution, permanganate ions reduce to Mn2 ⁺ by 5 electrons, so one mole acts as a 5 equivalent oxidant, while in a neutral or alkaline solution, they reduce to _MnO2 by 3 electrons, so one mole acts as a 3 equivalent oxidant. When titrating sodium carbonate with hydrochloric acid, if phenolphthalein is used as an indicator, the reaction _is _Na2CO3 +HCl-→NaCl + _NaHCO3
When the reaction is complete, the red color of phenolphthalein becomes colorless. In other words, sodium carbonate acts as a monoacid base. On the other hand, when methyl orange is used, Na ₂ CO ₃ + 2HCl-→2NaCl + CO ₂ + H ₂ O
When the reaction is complete, methyl orange changes from yellow to red, so it functions as a diacid-base. As in these examples, if the chemical reactions involved are different, or if the detection stage is different due to the choice of indicator, the normality will be different even for solutions of the same molar concentration, so the above points must be taken into consideration when using normality as a unit of concentration. However, by selecting an appropriate indicator, it can also be used to measure the amount of sodium carbonate contained in sodium hydroxide and to check the purity of sodium hydroxide. In other words, when sodium hydroxide absorbs carbon dioxide _CO2 in the air,
2NaOH＋CO ₂ ―→Na ₂ CO ₃ +H ₂ O
The reaction produces sodium carbonate, which can be quantified by titration using phenolphthalein and methyl orange as indicators.

[Yoshio Narusawa]

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

溶液の濃度を表す単位を規定といい、記号Nを用いる。規定度は溶液1立方デシメートル（以前はリットル）中に何グラム当量の溶質を含むかで定義される。溶液1立方デシメートル中に1グラム当量の溶質を含むとき、その溶液の濃度を1規定といい、その溶液を1規定液、あるいは単に規定液という。たとえば溶液1立方デシメートル中に水酸化ナトリウムNaOH40.00グラムを含む溶液は1規定（1Nと書く）であるという。この濃度表示は、グラム当量数を基礎とする点で容量分析などの濃度計算に便利であるため、広く用いられている。しかし一つの物質のグラム当量はいつでも一定とは限らない。たとえば、(1)過マンガン酸カリウムは、酸性溶液中で酸化剤として働くときは1モルが5規定であるが、(2)中性ないしはアルカリ性で反応するときは1モルが3規定となる。

　　(1)MnO₄^-＋8H⁺＋5e^-―→Mn²⁺＋4H₂O
　　　　E°＝1.51V
　　(2)MnO₄^-＋H₂O＋3e^-―→MnO₂＋4OH^-
　　　　E°＝0.60V
　すなわち、過マンガン酸イオンは酸性溶液中ではMn²⁺まで5電子還元するので1モルが5当量の酸化剤として働き、中性ないしアルカリ性ではMnO₂まで3電子還元するので1モルが3当量の酸化剤となる。また炭酸ナトリウムを塩酸で滴定する場合、指示薬としてフェノールフタレインを用いると
　　Na₂CO₃＋HCl―→NaCl＋NaHCO₃
の反応が完結したときフェノールフタレインの赤色が無色になる。すなわち炭酸ナトリウムは一酸塩基として働く。一方、メチルオレンジを用いると
　　Na₂CO₃＋2HCl―→2NaCl＋CO₂＋H₂O
の反応が完結したときメチルオレンジは黄色から赤色に変わるので、二酸塩基として働く。これらの例のように、関与する化学反応が違ったり、指示薬の選択の違いによって検出段階が違うと、同じモル濃度の溶液でも規定度が違うことになるので、濃度の単位として規定度を用いる場合は、以上のことを十分考慮する必要がある。しかし指示薬を適当に選択することにより、水酸化ナトリウム中に含まれる炭酸ナトリウムの量を測定して水酸化ナトリウムの純度を調べたりするのに応用される。すなわち水酸化ナトリウムは空気中で二酸化炭素CO₂を吸収すると、
　　2NaOH＋CO₂―→Na₂CO₃＋H₂O
の反応で炭酸ナトリウムが生成するので、指示薬にフェノールフタレインとメチルオレンジを使って滴定することにより両者を定量することができる。