Reaktionsgleichungen und Mengenberechnungen
Die Stöchiometrie ist der Teil der Chemie, der sich mit den Mengenverhältnissen in chemischen Reaktionen beschäftigt. Dabei werden die benötigten Stoffmengen berechnet, damit eine Reaktion vollständig abläuft, ohne dass etwas übrig bleibt.
1. Was ist eine Reaktionsgleichung?
Eine Reaktionsgleichung beschreibt, wie chemische Stoffe miteinander reagieren. Die Stoffe auf der linken Seite der Gleichung nennt man Edukte, die Stoffe auf der rechten Seite Produkte.
Beispiel:
$2 , H_2 + O_2 \rightarrow 2 , H_2O$
Das bedeutet:
- 2 Moleküle Wasserstoff ($H_2$) reagieren mit 1 Molekül Sauerstoff ($O_2$).
- Es entstehen 2 Moleküle Wasser ($H_2O$).
Merksatz:
Eine Reaktionsgleichung muss immer ausgeglichen sein!
Die Anzahl der Atome jedes Elements muss links und rechts gleich sein. Atome gehen in einer chemischen Reaktion nicht verloren und entstehen auch nicht neu.
2. Wie gleicht man eine Reaktionsgleichung aus?
Das Ausgleichen (oder Balancieren) einer Reaktionsgleichung ist notwendig, um sicherzustellen, dass die Anzahl der Atome auf beiden Seiten der Gleichung gleich ist.
Unausgeglichene Reaktionsgleichung:
$H_2 + O_2 \rightarrow H_2O$
- Links: 2 Wasserstoff-Atome, 2 Sauerstoff-Atome.
- Rechts: 2 Wasserstoff-Atome, 1 Sauerstoff-Atom.
Das stimmt nicht! Um die Gleichung auszugleichen, setzen wir Koeffizienten vor die Formeln: $2 , H_2 + O_2 \rightarrow 2 , H_2O$
Ausgeglichene Reaktionsgleichung:
- Links: 4 Wasserstoff-Atome, 2 Sauerstoff-Atome.
- Rechts: 4 Wasserstoff-Atome, 2 Sauerstoff-Atome.
Merksatz:
Die Koeffizienten ändern die Anzahl der Moleküle, nicht die chemische Formel selbst. Du kannst z. B. aus $H_2$ keine andere Substanz machen, sondern nur sagen, wie viele $H_2$-Moleküle beteiligt sind.
Hilfreicher Link:
3. Molverhältnisse
Ein Mol ist eine Einheit, die eine sehr große Anzahl von Teilchen beschreibt ($6,022 \cdot 10^{23}$, die sogenannte Avogadro-Zahl). In einer Reaktionsgleichung zeigen die Koeffizienten, in welchem Verhältnis Mole (oder Teilchen) miteinander reagieren.
Beispiel:
In der Gleichung $2 , H_2 + O_2 \rightarrow 2 , H_2O$ heißt das:
- 2 Mol Wasserstoff ($H_2$) reagieren mit 1 Mol Sauerstoff ($O_2$).
- Es entstehen 2 Mol Wasser ($H_2O$).
Merksatz:
Molverhältnisse sind wie ein Rezept. Wenn du z. B. für 1 Kuchen 2 Eier brauchst, kannst du mit 4 Eiern 2 Kuchen machen. Genau so funktioniert es in der Chemie!
4. Berechnungen mit Formeln
Stoffmenge berechnen:
$n = \frac{m}{M}$
- $n$: Stoffmenge in Mol.
- $m$: Masse in Gramm.
- $M$: Molare Masse (in g/mol, aus dem Periodensystem).
Volumen eines Gases berechnen:
$V = n \cdot V_m$
- $V$: Volumen in Litern.
- $n$: Stoffmenge in Mol.
- $V_m$: Molares Volumen ($22,4 , \text{L/mol}$ bei Standardbedingungen).
Hilfreicher Link:
5. Beispielrechnung 1: Masse berechnen
Frage:
Wie viel Wasser ($H_2O$) entsteht, wenn 4 g Wasserstoff ($H_2$) verbrannt werden?
Lösung:
- Molare Massen finden:
$M(H_2) = 2 , \text{g/mol}, , M(H_2O) = 18 , \text{g/mol}$ - Stoffmenge von $H_2$:
$n(H_2) = \frac{m}{M} = \frac{4}{2} = 2 , \text{mol}$ - Reaktionsverhältnis:
$2 , H_2 + O_2 \rightarrow 2 , H_2O$
Das Verhältnis ist:
$2 , \text{mol } H_2 \rightarrow 2 , \text{mol } H_2O$
Also entstehen $2 , \text{mol } H_2O$. - Masse von $H_2O$:
$m(H_2O) = n \cdot M = 2 \cdot 18 = 36 , \text{g}$
Antwort:
Es entstehen $36 , \text{g } H_2O$.
6. Beispielrechnung 2: Volumen berechnen
Frage:
Wie viel Sauerstoff ($O_2$) wird benötigt, um 4 g Wasserstoff ($H_2$) zu verbrennen?
Lösung:
- Stoffmenge von $H_2$:
$n(H_2) = \frac{m}{M} = \frac{4}{2} = 2 , \text{mol}$ - Reaktionsverhältnis:
$2 , H_2 : 1 , O_2$
Für $2 , \text{mol } H_2$ braucht man $1 , \text{mol } O_2$. - Volumen von $O_2$:
$V(O_2) = n \cdot V_m = 1 \cdot 22,4 = 22,4 , \text{L}$
Antwort:
Es werden $22,4 , \text{L } O_2$ benötigt.
Visualisierung der Reaktionsgleichung
Diese Grafik zeigt das Verhältnis der Moleküle in der Reaktion:
Zusätzliche Links:
LEIFIchemie: Grundlagen der Chemie