Chemische Formeln und Gleichungen: Grundlagen der Chemie

Chemische Formeln: Definition und Arten

Eine chemische Formel drückt die Zusammensetzung einer Substanz sowohl qualitativ als auch quantitativ aus. Die Formel gibt nicht nur die Art der Elemente an, die den Stoff bilden, sondern auch die Proportionen, in denen diese Elemente in die Zusammensetzung einbezogen sind.

Je nachdem, wie viele Informationen sie bieten, unterscheidet man zwischen:

• der Empirischen Formel (Verhältnisformel)
• der Summenformel (Molekülformel)
• der Strukturformel

Empirische Formel (Verhältnisformel)

Die empirische Formel gibt qualitative Informationen, aber die Menge ist nur relativ. Sie drückt die Art der Elemente, aus denen der Stoff besteht (mit dem Symbol eines jeden von ihnen), und die relativen Anteile aus, in denen die Atome dieser Elemente in der Substanz vorhanden sind.

Summenformel (Molekülformel)

Die Summenformel gibt die genaue Anzahl der Atome jedes Elements in einem Molekül der Substanz an. Die einfachsten Formeln sind die von molekularen und binären Verbindungen.

Strukturformel

Die Strukturformel drückt die Verteilung der Atome im Molekül sowie die Art der Bindung zwischen den Atomen aus. Solche Formeln werden häufig verwendet, um organische Verbindungen darzustellen.

Bestimmung der empirischen und Summenformeln

Die empirische Formel einer Verbindung wird aus der relativen quantitativen Analyse ermittelt. Unter Kenntnis der Masse jedes Elements in der untersuchten Verbindungsprobe wird wie folgt vorgegangen:

1. Berechnung der Stoffmenge (Mole) jedes Elements in der Probe.
2. Bestimmung des Stoffmengenverhältnisses basierend auf den Ergebnissen der vorhergehenden Berechnung, bezogen auf das Element mit der geringsten Stoffmenge.
3. Die Ergebnisse werden durch kleine ganze Zahlen ausgedrückt, die als Indizes für das entsprechende Element in die Formel übernommen werden.

Chemische Gleichungen

Chemische Reaktionen werden durch chemische Gleichungen dargestellt. Eine chemische Gleichung ist ein Ausdruck, der alle an einer bestimmten Reaktion beteiligten Stoffe sowohl qualitativ als auch quantitativ widerspiegelt.

Das Gesetz der Erhaltung der Masse

Chemische Gleichungen basieren auf dem Gesetz der Erhaltung der Masse. Dieses Gesetz besagt, dass in jeder chemischen Reaktion die Summe der Massen der Edukte der Summe der Massen der Produkte der Reaktion entspricht.

Dalton nutzte dieses Gesetz als Grundlage für die Entwicklung seiner Atomtheorie und wies jedem chemischen Element eine Atommasse zu, basierend auf dem Vergleich der Massen verschiedener Elemente, die sich mit einem als Muster verwendeten Element verbinden.

Chemiker begannen, chemische Gleichungen nicht nur zum Ausdruck chemischer Reaktionen zu verwenden, sondern auch als Werkzeug, um Berechnungen von Massen und Proportionen von Reagenzien und Produkten durchzuführen. Korrekte chemische Gleichungen sind wahr: Eine korrekte chemische Gleichung muss auf beiden Seiten (Edukte und Produkte) die gleiche Anzahl von Atomen jeder Art enthalten. Dies erfordert manchmal die Einführung von Koeffizienten (Ausgleich der Reaktion).

Der Koeffizient, der einem Edukt oder Produkt in einer chemischen Gleichung vorangestellt ist, stellt primär die Anzahl der Mole des Stoffes dar, auch wenn er in manchen Fällen als die Anzahl der Moleküle interpretiert werden kann, die an der Reaktion beteiligt sind.