Berechnung: Prozentuale Zusammensetzung, Summenformel, Mol und Stöchiometrie

Prozentuale Zusammensetzung

Prozentuale Zusammensetzung von H₂O:

Um die prozentuale Zusammensetzung eines Moleküls zu bestimmen, berechnet man das Massenverhältnis jedes Elements zur Molekülmasse. Konkret: Man addiert die Atomgewichte aller Atome im Molekül, teilt das Gesamtgewicht jedes Elements durch die Molekülmasse und multipliziert mit 100, um den Massenanteil in Prozent zu erhalten. Der Umrechnungsfaktor für Bindungen und Massenberichte zeigt sich wie folgt:

Summen- und empirische Formel

Ermittlung der empirischen Formel aus prozentualer Zusammensetzung:

Geben Sie die prozentuale Zusammensetzung der Elemente an und verwenden Sie die Atomgewichte, um die empirische Formel zu berechnen. Vorgehen:

• Notieren Sie die prozentuale Zusammensetzung jedes Elements.
• Teilen Sie jeden Prozentwert durch das jeweilige Atomgewicht (Relative Atommasse).
• Teilen Sie alle Ergebnisse durch das kleinste der erhaltenen Werte, um das kleinste ganzzahlige Verhältnis zu bekommen.
• Runden Sie bei Bedarf auf ganze Zahlen, um die empirische Formel zu erhalten.

Nachdem Sie die empirische Formel ermittelt haben, können Sie die Summenformel bestimmen, wenn die molare Masse des Moleküls bekannt ist. Dazu teilen Sie die bekannte molare Masse durch die Masse der empirischen Einheit, um den Faktor (Anzahl der Einheiten) zu erhalten, und multiplizieren die Atome der empirischen Formel entsprechend:

So ergibt sich die Summenformel: die empirische Formel multipliziert mit der Anzahl der Einheiten (n).

Ponderalgesetze (Stöchiometrie)

Beispielreaktion und Berechnungsmethode:

Betrachten wir als Beispiel die Reaktion von Eisen(III)-oxid mit Wasser zu Eisen(III)-hydroxid:

Fe₂O₃ + 3 H₂O → 2 Fe(OH)₃

Wenn in Aufgaben Massen wie 60 g oder 100 g gegeben sind, wird zuerst die Molzahl jedes Reaktanten aus deren Massen und Molmassen berechnet. Anschließend wendet man die stöchiometrischen Verhältnisse der Reaktionsgleichung an, um die umgesetzten Mengen zu erhalten.

Zur Bestimmung des limitierenden Reagenz verwendet man eine Technik, die oft als "z"-Methode (oder Vergleich von Molzahlen) bezeichnet wird. Dabei stellt man die theoretisch benötigten Mengen gegenüber und ermittelt, welches Reagenz zuerst verbraucht ist.

Limitierendes Reagenz und Überschuss

Nachdem man die Molzahlen der Reaktanten berechnet hat, vergleicht man die benötigten Verhältnisse. Das Reagenz, das zuerst vollständig reagiert, ist das limitierende Reagenz. Das andere Reagenz verbleibt im Überschuss. Zur Ermittlung des Überschusses zieht man die tatsächlich reagierte Stoffmenge von der zugegebenen Stoffmenge ab.

Die resultierende Masse oder Stoffmenge des Produkts lässt sich dann aus dem limitierenden Reagenz und den stöchiometrischen Koeffizienten berechnen.

Hinweise zu Proportionen und Molmassen

Wenn die Proportionen (Verhältnisse) der Atome nicht denen der Molekularformel entsprechen, muss man statt direkter Division der Atomgewichte die Division durch die gegebenen Verhältnisse vornehmen, um die korrekte empirische Formel zu erhalten.

Atomvolumen und Molvolumen

Berechnung des Molvolumens:

Zur Berechnung des Molvolumens kann man Masse oder Volumen verwenden. Gegebenenfalls ergibt das Volumen die Masse durch Dichte und umgekehrt. Die Daten sind stets miteinander verknüpft: Aus Dichte und Volumen berechnet man die Masse. Dann teilt man die Masse durch die molare Masse, um die Stoffmenge in Mol zu erhalten. Für Gase bei Normalbedingungen wird oft das molare Volumen 22,4 L·mol⁻¹ verwendet.

Anzahl der Mol

Um die Anzahl der Mol zu berechnen, teilt man die gegebene Masse (Atom- oder Molekulargewicht-bezogen) durch die Molmasse. Die allgemeine Gleichung lautet:

Wenn die Aufgabe verlangt, die Gramm eines Moleküls zu berechnen und die Stoffmenge (Mol) gegeben ist, multipliziert man die Stoffmenge mit der Molmasse, um die Masse in Gramm zu erhalten.

Dichte, Volumen und Masse

Wenn Dichte und Volumen gegeben sind, berechnet man die Masse mit der Gleichung:

Die so erhaltene Masse kann dann verwendet werden, um die Anzahl der Mol zu bestimmen (Masse / Molmasse).

Avogadros Zahl

Die Avogadro-Zahl N_A beträgt 6,02 × 10²³. Sie wird als Umrechnungsfaktor zwischen Stoffmenge (Mol) und Teilchenzahl (Atome, Moleküle) verwendet.

Um die Anzahl der Teilchen zu berechnen, multipliziert man die Stoffmenge (in Mol) mit der Avogadro-Zahl: