Chemie-Lexikon/Stöchiometrie - Beliebige Berechnungen mit der Stoffmenge

Mengenangaben in der Chemie können mit vier Größen gmacht werden, die jede zueinander proportional ist.

• Die Masse m wird in kg angegeben und kann mit einer Waage bestimmt werden.
• Die Teilchenanzahl N gibt die Anzahl der kleinsten Teilchen (je nach Stoff Atome, Molekül oder Einheiten) an und ist vor allem bei Angaben wie ppm (=Parts per Million) interessant, die oft beim Luftverunreinigungen mit gasförmigen Stoffen genutzt wird.
• Die Stoffmenge n macht ähnliche Angaben wie die Teilchenanzahl und gibt die Menge an "Mol" an. Der Vorteil der Stoffmenge ist, dass man mit kleineren Zahlen als bei der Teilchenanzahl arbeitet.
• Das Volumen V ist für Gase und Flüssigkeiten sehr gebräuchlich, allerdings hängt das Volumen von Gase stark von der Temperatur ab. Je nach Menge gibt man das Volumen bei Gasen meist in Liter bei Feststoffen und Flüssigkeiten meist in cm³ an. Das Volumen bei Feststoffen anzugeben ist eher unüblich, wenn es nicht einen besondern Grund hat.

Die folgene Darstellung zeigt, wie diese vier Größen voneinander abhängen. Auf den Verbindunglinien gibt es jeweils eine Formel und eine Konstante, über die die zwei Größen zusammenhängen. Teilweise sind die Konstanten abhängig vom Stoff, teilweise aber nicht.

• Die Dichte ρ (rho) ist eine Stoffeigenschaft, die vom Stoff und auch von den äußeren Bedinungen abhängt. Daher muss man bei Berechnungen immer fragen, wie diese sind. Hier kann ich von Masse in Volumen und umgekehrt umrechnen.
• Die Masse eines Teilchen m(1 Teilchen) ermöglicht die Umrechnung zwischen Masse und Teilchenanzahl. Die Masse eines Teilchens kann man mit Hilfe des Periodensystem bestimmen, wenn man die Formel des Stoffes und damit der Teilchen kennt.
• Die Avogadro-Konstante N_A ist ein Wert, der immer identisch ist, egal für welchen Stoff und für welche Bedingung.
• Die Molmasse M gibt die Masse von einem Mol eines Stoffes an. Man berechnet sie wie die Masse eines Teilchens, sie hat aber die Einheit g/mol.
• Das Molvolumen V_m gibt das Volumen von einem Mol eines Stoffes an. Sinnvoll ist dies nur bei Gasen, da Gase ja für eine bestimmte Teilchenanazahl immer das gleiche Volumen haben (siehe → Satz von Avogadro). Wie die Dichte, ist das Mol-Volumen (besonders bei Gasen) von der Temperatur und dem Druck anhängig, was man deshalb immer angeben muss.

Allgemeine Vorgehehensweise

Bei allen stöchiometrischen Berechnungen mit Hilfe der Stoffmenge macht man sich das Stoffmengenverhältnis bei einer Reaktion zunutze, um damit zu der gegebenen Menge die gesuchte zu berechnen. Im Gegensatz vom Massenverhältnissen (siehe Seite Berechnungen von Massenverhältnissen) haben wir hier recht einfache Zahlenverhältnisse. Allerdings muss ein gegebener Wert eventuell erst einmal in Mol umgerechnet werden.

Die Berechnungen laufen dann allgemein folgendermaßen ab: Umrechung gegebene Menge in Stoffmenge → Anwendung Stoffmengenverhältnis → Umrechnung Stoffmenge und gesuchte Menge

Beispiel 1

Aufgabenstellung

Magnesium reagiert mit Wasser zu Wasserstoff und Magnesiumoxid. Wieviel Wasserstoff kann maximal aus 10 g Magnesium entstehen?

1. Schritt Reaktionsgleichung aufstellen:

$Mg \ + \ H_2O \ \longrightarrow \ MgO \ + \ H_2$

... dabei erkennt kann, dass das Stoffmengenverhältnis von $n(Mg) : n(H_2) = 1 : 1$ ist.

2. Schritt Gegebenen Wert in Mol umrechnen:

• Gegeben: m(Mg) = 10 g
• Gesucht: n(Mg) = ?

Anhand des Schaubildes oben kann erkennen, welche Umrechnung bzw. welche Formel man braucht, nämlich