Chemie-Lexikon/Stöchiometrie - Einführung: Unterschied zwischen den Versionen

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Die '''Stöchiometrie''' (von gr. στοιχεῖον stoicheion „Grundstoff“ und μέτρον metron „Maß“) ist ein grundlegendes mathematisches Hilfsmittel in der Chemie. Aus der Kenntnis der beteiligten Stoffe mit ihren Summenformeln und in welchem Verhältnis sie miteinander reagieren, kann man rechnerisch stimmen, in welchem Mengenverhältnis Produkte miteinander zu welcher Menge an Edukten reagieren.
{{SORTIERUNG:{{SUBPAGENAME}}}}Die '''Stöchiometrie''' (von gr. στοιχεῖον stoicheion „Grundstoff“ und μέτρον metron „Maß“) ist ein grundlegendes mathematisches Hilfsmittel in der Chemie. Aus der Kenntnis der beteiligten Stoffe mit ihren Summenformeln und in welchem Verhältnis sie miteinander reagieren, kann man rechnerisch stimmen, in welchem Mengenverhältnis Produkte miteinander zu welcher Menge an Edukten reagieren.


Grundlage dieser Berechnungen sind die Reaktionsgleichungen, bei denen man ja darauf achten muss, dass die Anzahl der beteiliegten Atome vor und nach der Reaktion richtig ist. Nun dann kann man die Reaktionsgleichung nutzen, um damit stöchiometrische Berechnungen durchzuführen.
Grundlage dieser Berechnungen sind die Reaktionsgleichungen, bei denen man ja darauf achten muss, dass die Anzahl der beteiliegten Atome vor und nach der Reaktion richtig ist. Nur dann kann man die Reaktionsgleichung nutzen, um damit stöchiometrische Berechnungen durchzuführen.


Praktisch werden Reaktionen im Labor häufig „unstöchiometrisch“ durchgeführt, d.h. das mindestens einer der Edukte in ausreichend großen Mengen verwendet wird, weil damit die Ausbeute meist etwas erhöht wird. In vielen technischen Prozessen sind stöchiometrische Überlegungen aber sehr wichtig, wie wir an einem Beispiele zeigen wollen.
Praktisch werden Reaktionen im Labor häufig „unstöchiometrisch“ durchgeführt, d.h. das mindestens einer der Edukte in ausreichend großen Mengen verwendet wird, weil damit die Ausbeute meist etwas erhöht wird. In vielen technischen Prozessen sind stöchiometrische Überlegungen aber sehr wichtig, wie wir an einigen Beispielen zeigen wollen.


== Fett oder mager - Wer zündet besser? ==
== Fett oder mager - Wer zündet besser? ==
Motorsportfreunde werden wissen, was mit fett und mager gemeint ist, denn damit werden bestimmte Gemischverhältnisse bei explosionsfähigen Gemischen bezeichnet. Im Falle des Motors geht es darum, dass der Treibstoff (z.B. Benzin) und Luft im richigen Verhältnis vorliegen müssen, damit das Gemisch überhaupt zünden kann. Dabei geht es bei der Luft natürlich vor allem um den enthaltenen Sauerstoff, der mit dem Treibstoff reagieren soll.
Motorsportfreunde werden wissen, was mit fett und mager gemeint ist, denn damit werden bestimmte Gemischverhältnisse bei explosionsfähigen Gemischen bezeichnet. Im Falle des Motors geht es darum, dass der Treibstoff (z.B. Benzin) und Luft im richigen Verhältnis vorliegen müssen, damit das Gemisch überhaupt zünden kann. Dabei geht es bei der Luft natürlich vor allem um den enthaltenen Sauerstoff, der mit dem Treibstoff reagieren soll.


<center>[[Datei:Explosionsgrenzen.svg]]</center>
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Ist das Gemisch zu "mager", ist also zu wenig Treibstoff im Vergleich zur vorhandenen Luft/Sauerstoff enthalten, kann das Gemisch nicht explodieren. Viel hilft aber auch nicht immer, denn wenn man zu viel Treibstoff hat fehlt Sauerstoff und das Gemisch wird auch nicht explodieren. Dies bezeichnet man als "fettes Gemisch".
Ist das Gemisch zu "mager", ist also zu wenig Treibstoff im Vergleich zur vorhandenen Luft/Sauerstoff enthalten, kann das Gemisch nicht explodieren. Viel hilft aber auch nicht immer, denn wenn man zu viel Treibstoff hat fehlt Sauerstoff und das Gemisch wird auch nicht explodieren. Dies bezeichnet man als "fettes Gemisch".


Warum ist das so? Optimaler Weise ist es so, dass gerade so viele Teilchen vorhanden sind, so dass alle vollständig miteinander reagieren können. Ist von einer Teilchensorte zu viel da, so kann das dazu führen, dass die gleichen Teilchen aufeinander treffen und nicht miteinander reagieren können.
Warum ist das so? Optimaler Weise ist es so, dass gerade so viele Teilchen vorhanden sind, so dass alle vollständig miteinander reagieren können. Ist von einer Teilchensorte zu viel da, so kann das dazu führen, dass die gleichen Teilchen aufeinander treffen und nicht miteinander reagieren können. Dabei kann die Aktivierungsenergie verloren gehen und reicht für ein ausreichend starkes Aufeinanderprallen der "richtigen" Teilchen mehr aus.
 
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{{Box|Beeinflussung des Produktes durch Mengen der Edukte|2=Es gibt durchaus Reaktionen, bei denen die veränderte Menge an Edukten dazu führt, das ein anderes Produkt entsteht. Bekannt ist sicher die Verbrennung von Kohlenstoffhaltigen Stoffen wie Methan:
* Ist ausreichend Sauerstoff vorhanden entsteht Kohlendioxid
:<math>2 \; CH_4 \; + \; 4 \; O_2 \; \longrightarrow \;2\; CO_2 \; + \; 4 \; H_2O</math>
* Ist zu wenig Sauerstoff vorhanden, kann es zur Entstehung von Kohlenmonoxid kommen
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Bei den Aufgaben, die wir betrachten, steht aber immer fest, welche Produkte entstehen. Im Alltag ist aber das Problem, dass bei zu wenig Sauerstoff-Zufuhr das giftige Kohlenmoxid entstehen kann, nicht zu verachten!
|3=Hervorhebung1}}


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Natürlich muss man nicht immer ein so große Menge an Teilchen betrachten. Es reicht aus, wenn man die kleinstmögliche Anzahl betrachtet. Bei der Verbrennung von Methan würde so die optimale Reaktion im Teilchenmodell aussehen, wodurch sich auch gleich die Reaktionsgleichung in Symbolschreibweise ergibt.
Natürlich muss man nicht immer ein so große Menge an Teilchen betrachten. Es reicht aus, wenn man die kleinstmögliche Anzahl betrachtet. Bei der Verbrennung von Methan würde so die optimale Reaktion im Teilchenmodell aussehen, wodurch sich auch gleich die Reaktionsgleichung in Symbolschreibweise ergibt.
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== Wiederholung Symbolschreibweise und Reaktionsgleichungen ==
== Wiederholung Symbolschreibweise und Reaktionsgleichungen ==
* Benennung von Verbindungen in Symbolschreibweise
Diese Seiten dienen der Wiederholung der Symbolschreibweise und dem Ausgleichen von Reaktionsgleichungen. Wenn du merkst, das du hier noch Probleme hast gehe die Seiten und Quizze noch einmal für dich alleine durch. Gerade das Ausgleichen von Reaktionsgleichungen ist wichtig, damit man die richtige Anzahl an Teilchen bestimmen kann, die miteinander reagieren:
* Aufstellen und Ausgleichen von Reaktionsgleichungen
* [[Chemie-Lexikon/Symbolschreibweise - Benennung von Verbindungen|Benennung von Verbindungen in Symbolschreibweise]]
* [[Chemie-Lexikon/Symbolschreibweise - Reaktionen beschreiben|Aufstellen und Ausgleichen von Reaktionsgleichungen]]


== Grundlegende Themen zur Stöchiometrie ==
== Grundlegende Themen zur Stöchiometrie ==
* [[Chemie Lexikon/Stöchiometrie - Berechnungen mit der Dichte|Berechnungen mit der Dichte]]
[[File:Balance Mettler AJ100.jpg|right|200px|Eine moderne Labor-Waage]]
* [[Chemie Lexikon/Stöchiometrie - Berechnungen von Massenverhältnissen|Berechnungen von Massenverhältnissen]]
* [[Chemie-Lexikon/Stöchiometrie - Berechnungen mit der Dichte|Berechnungen mit der Dichte]]
* [[Chemie Lexikon/Stöchiometrie - Satz von Avogadro|Satz von Avogadro]] - Berechnungen mit Gasvolumina
* [[Chemie-Lexikon/Stöchiometrie - Berechnungen von Massenverhältnissen|Berechnungen von Massenverhältnissen]]
* [[Chemie Lexikon/Stöchiometrie - Einführung in die Stoffmenge und das Mol|Einführung in die Stoffmenge und das Mol]]
* [[Chemie-Lexikon/Stöchiometrie - Satz von Avogadro|Satz von Avogadro - Berechnungen mit Gasvolumina]]
* [[Chemie Lexikon/Stöchiometrie - Berechnungen mit dem Mol|Berechnungen mit dem Mol]]
* [[Chemie-Lexikon/Stöchiometrie - Einführung in die Stoffmenge und das Mol|Einführung in die Stoffmenge und das Mol]]
* Konztentrationen
* [[Chemie-Lexikon/Stöchiometrie - Beliebige Berechnungen mit der Stoffmenge|Berechnungen mit der Stoffmenge und anderen Größen]]
** ... dazu ein Übersichtsblatt mit den wichtigsten Formeln (sinnvoll ab Einführung der Stoffmenge) ...
* Konzentrationen


* Downlaod "Gemischte Übungen"
* Download "Gemischte Übungen" mit Lösungen
* Übersichtsblatt mit den wichtigsten Formeln (sinnvoll ab Mol)


== Anwendungen der Stöchiometrie ==
== Anwendungen der Stöchiometrie ==
[[File:School level titration demonstration.jpg|200px|right|Titration sind eigentlich fast immer mit Rechnungen verbunden.]] Stöchiometrie, wie sie bisher betrachtet wurde, beschäftigte sich vor allem mit Berechnungen zu einfachen Reaktionen. Hier haben wir ein paar spezielle Themen aus der Chemie, bei denen es vor allem Analyse-Methoden geht, genauer Mengen-Bestimmungen.
* Titrationen
* Titrationen
* Verdünnung von Säuren und Basen
* Reaktionen von Säuren mit Basen
* Berechnung von Teilchen in Glasvolumina (mit dem allgemeinen Gasgesetz)
* Berechnung von Teilchen in Glasvolumina (mit dem allgemeinen Gasgesetz)
* Massenwirkungs-Gesetz allgemein
* Löslichkeitsprodukt
* Berechnungen zu Säuren
** Verdünnung von Säuren und Basen
** Reaktionen von Säuren mit Basen
[[Kategorie:Stöchiometrie]]
[[Kategorie:Chemische Reaktion]]
[[Kategorie:Chemie-Lexikon]]
[[Kategorie:ChemieUnfertig]]
[[Kategorie:Chemie]]

Aktuelle Version vom 23. April 2022, 14:40 Uhr

Die Stöchiometrie (von gr. στοιχεῖον stoicheion „Grundstoff“ und μέτρον metron „Maß“) ist ein grundlegendes mathematisches Hilfsmittel in der Chemie. Aus der Kenntnis der beteiligten Stoffe mit ihren Summenformeln und in welchem Verhältnis sie miteinander reagieren, kann man rechnerisch stimmen, in welchem Mengenverhältnis Produkte miteinander zu welcher Menge an Edukten reagieren.

Grundlage dieser Berechnungen sind die Reaktionsgleichungen, bei denen man ja darauf achten muss, dass die Anzahl der beteiliegten Atome vor und nach der Reaktion richtig ist. Nur dann kann man die Reaktionsgleichung nutzen, um damit stöchiometrische Berechnungen durchzuführen.

Praktisch werden Reaktionen im Labor häufig „unstöchiometrisch“ durchgeführt, d.h. das mindestens einer der Edukte in ausreichend großen Mengen verwendet wird, weil damit die Ausbeute meist etwas erhöht wird. In vielen technischen Prozessen sind stöchiometrische Überlegungen aber sehr wichtig, wie wir an einigen Beispielen zeigen wollen.

Fett oder mager - Wer zündet besser?

Motorsportfreunde werden wissen, was mit fett und mager gemeint ist, denn damit werden bestimmte Gemischverhältnisse bei explosionsfähigen Gemischen bezeichnet. Im Falle des Motors geht es darum, dass der Treibstoff (z.B. Benzin) und Luft im richigen Verhältnis vorliegen müssen, damit das Gemisch überhaupt zünden kann. Dabei geht es bei der Luft natürlich vor allem um den enthaltenen Sauerstoff, der mit dem Treibstoff reagieren soll.


Explosionsgrenzen.svg


Ist das Gemisch zu "mager", ist also zu wenig Treibstoff im Vergleich zur vorhandenen Luft/Sauerstoff enthalten, kann das Gemisch nicht explodieren. Viel hilft aber auch nicht immer, denn wenn man zu viel Treibstoff hat fehlt Sauerstoff und das Gemisch wird auch nicht explodieren. Dies bezeichnet man als "fettes Gemisch".

Warum ist das so? Optimaler Weise ist es so, dass gerade so viele Teilchen vorhanden sind, so dass alle vollständig miteinander reagieren können. Ist von einer Teilchensorte zu viel da, so kann das dazu führen, dass die gleichen Teilchen aufeinander treffen und nicht miteinander reagieren können. Dabei kann die Aktivierungsenergie verloren gehen und reicht für ein ausreichend starkes Aufeinanderprallen der "richtigen" Teilchen mehr aus.

Darstellung Reaktion bei stöchiometrischem Gemisch.svg


Beeinflussung des Produktes durch Mengen der Edukte

Es gibt durchaus Reaktionen, bei denen die veränderte Menge an Edukten dazu führt, das ein anderes Produkt entsteht. Bekannt ist sicher die Verbrennung von Kohlenstoffhaltigen Stoffen wie Methan:

  • Ist ausreichend Sauerstoff vorhanden entsteht Kohlendioxid
  • Ist zu wenig Sauerstoff vorhanden, kann es zur Entstehung von Kohlenmonoxid kommen
Bei den Aufgaben, die wir betrachten, steht aber immer fest, welche Produkte entstehen. Im Alltag ist aber das Problem, dass bei zu wenig Sauerstoff-Zufuhr das giftige Kohlenmoxid entstehen kann, nicht zu verachten!


Natürlich muss man nicht immer ein so große Menge an Teilchen betrachten. Es reicht aus, wenn man die kleinstmögliche Anzahl betrachtet. Bei der Verbrennung von Methan würde so die optimale Reaktion im Teilchenmodell aussehen, wodurch sich auch gleich die Reaktionsgleichung in Symbolschreibweise ergibt.

Combustion reaction of methane.jpg

Mit Hilfe der Massen der einzelnen Teilchen könnte man so bestimmen, welche Mengen an Methan und wieviel Sauerstoff zusammenkommen muss, damit die Reaktion optimal und damit am heftigsten abläuft. Die Berechnung kann auf ganz unterschiedlichem Wege geschehen.

Wiederholung Symbolschreibweise und Reaktionsgleichungen

Diese Seiten dienen der Wiederholung der Symbolschreibweise und dem Ausgleichen von Reaktionsgleichungen. Wenn du merkst, das du hier noch Probleme hast gehe die Seiten und Quizze noch einmal für dich alleine durch. Gerade das Ausgleichen von Reaktionsgleichungen ist wichtig, damit man die richtige Anzahl an Teilchen bestimmen kann, die miteinander reagieren:

Grundlegende Themen zur Stöchiometrie

Eine moderne Labor-Waage
  • Download "Gemischte Übungen" mit Lösungen

Anwendungen der Stöchiometrie

Titration sind eigentlich fast immer mit Rechnungen verbunden.

Stöchiometrie, wie sie bisher betrachtet wurde, beschäftigte sich vor allem mit Berechnungen zu einfachen Reaktionen. Hier haben wir ein paar spezielle Themen aus der Chemie, bei denen es vor allem Analyse-Methoden geht, genauer Mengen-Bestimmungen.

  • Titrationen
  • Berechnung von Teilchen in Glasvolumina (mit dem allgemeinen Gasgesetz)
  • Massenwirkungs-Gesetz allgemein
  • Löslichkeitsprodukt
  • Berechnungen zu Säuren
    • Verdünnung von Säuren und Basen
    • Reaktionen von Säuren mit Basen