Berechnungen zur Elementaranalyse

Beispielrechnung: Elementaranalyse von Trinkalkohol

Man wiegt 0,521 g Alkohol ein. Die Massenzunahme des Trockenrohrs beträgt 0,620 g, die des Kaliapparats 0,987 g. Das bedeutet, dass bei der Verbrennung 0,620 g Wasser (H₂O) und 0,987 g Kohlenstoffdioxid (CO₂) entstanden sind. Mit diesen Werten kann man den Wasserstoffanteil und den Kohlenstoffanteil folgendermaßen berechnen:

Kohlenstoffanteil: 1 mol CO₂ wiegt 44 g, davon sind 12  Kohlenstoff, also 44 g/12 g x 100 = 27,3 %. Bei unserem Experiment sind 0,987 g Kohlenstoffdioxid entstanden.

27,3 % davon sind Kohlenstoff, also 0,987 g x 27,3 % = 0,269 g

Wasserstoffanteil: 1 mol H₂O wiegt 18 g, davon sind 2 g Wasserstoff (2 x H). Das entspricht 11,1 %. Aus 0,521 g Alkohol sind 0,620 g Wasser entstanden.

Davon sind 11,1 % Wasserstoff, also 0,620 g x 11,1 % = 0,069 g

Sauerstoffanteil: Diesen letzten Anteil berechnet man, indem man einfach von der Probenmasse, die man verbrannt hat, den Kohlenstoffanteil und den Wasserstoffanteil abzieht. Übrig bleibt der Sauerstoffanteil:

m_Alkohol – m_Wasserstoff – m_Kohlenstoff = 0,521 g – 0,069 g – 0,269 g = 0,183 g

→ Massenverhältnis von Kohlenstoff : Wasserstoff : Sauerstoff = 0,269 g : 0,069 g : 0,183 g

Berechnung des Stoffmengenverhältnisses

Um auf die Verhältnisformel zu kommen, muss man das Stoffmengenverhältnis berechnen. Das bedeutet, dass man ausrechnet, wie viel mol Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff in der Probe enthalten sind. Dafür teilen wir die errechneten Massen jeweils durch die molare Masse des Stoffes. Kohlenstoff: 0,269 g / 12 g·mol-1 = 0,022 mol Wasserstoff: 0,069 g / 1 g·mol-1 = 0,069 mol Sauerstoff: 0,183 g / 16 g·mol-1 = 0,011 mol

→ Stoffmengenverhältnis C : H : O = 0,022 mol : 0,069 mol : 0,011 mol

So, wir haben es fast geschafft. Um eine Verhältnisformel aufzustellen, braucht man ganze Zahlen. Um diese zu berechnen, teilt man alle Stoffmengen durch die kleinste Stoffmenge (hier n_(O), die Stoffmenge von Sauerstoff). Aufgrund von Messfehlern und Ungenauigkeiten beim Runden erhält man dabei normalerweise keine ganzen Zahlen. Daher rundet man anschließend auf ganze Zahlen auf oder ab.

In unserem Fall ergibt sich zunächst C : H : O = 2 : 6,3 : 1,

gerundet: C : H : O = 2 : 6 : 1

Dieses Stoffmengenverhältnis besagt, dass in Alkohol auf je 2 Kohlenstoffatome 6 Wasserstoffatome und 1 Sauerstoffatom kommen. Man kann daraus eine chemische Verhältnisformel aufstellen: (C₂H₆O)_n