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Stöchiometrie einfach erklärt

Stöchiometrie einfach erklärt3:34
Video von Galina Schlundt3:34

Die Stöchiometrie ist ein mathematisches Hilfsmittel, das aus einem chemischen Reaktionsprodukt die Reaktionsgleichung erschließbar macht. Wie aber kann der Lösungsweg erklärt werden, damit er verständlich und für den Einsatzbereich der Chemie nutzbar wird?

Grundlagen der Stöchiometrie

  • Um die Stöchiometrie zu verstehen, sollten Ihnen zunächst 3 grundlegende Gesetze erklärt werden: der Massenerhaltungssatz, das Gesetz der multiplen Proportionen und das Gesetz der konstanten Proportionen.
  • Letzteres besagt, dass alle Elemente in einer spezifischen chemischen Verbindung immer wieder das gleiche Massenverhältnis ergeben. Änderungen der Elementzusammensetzung sind je nach Reaktion zwar möglich, jedoch nur etappenweise, weil sich niemals das Verhältnis der Elemente ändert, sondern allein ihre Anzahl. Ist das Massenverhältnis in einem Element also einmal x=37% und y=63% so bleibt jenes auch für alle Verbindungen erhalten. 
  • Jene Basis hat nun das Gesetz der multiplen Proportionen erweitert. Das besagt, dass die Massenanteile von Elementen in allen Verbindungen eines gegebenen Elements in ganzzahligen Verhältnissen zueinander stehen. So bestehen Wasser und Wasserstoffperoxid aus Sauerstoff und Wasserstoff.
  • Dem Wasser liegt dabei ein bestimmtes Massenverhältnis zugrunde, welches laut Gesetz der konstanten Proportionen auch in der Verbindung Wasserstoffperoxid erhalten bleibt. Das Gesetz der multiplen Proportionen geht nun davon aus, dass der spezifische Sauerstoffbetrag des Wassers auf das Wasserstoffperoxid umgerechnet werden kann.
  • Der Betrag des Sauerstoffs im Element Wasser erfährt in einer gegebenen Verbindung beispielsweise eine ganzzahlige Verdopplung. Das heißt für das obige Beispiel nun, dass im Wasserstoffperoxid genau doppelt so viel Sauerstoff enthalten ist wie im Wasser. 
  • Zuletzt soll Ihnen nun der Massenerhaltungssatz klargemacht werden, Laut jenem ändert sich bei einer chemischen Reaktion niemals die Masse aller Reaktionsteilnehmer. Sie werden wissen, dass bei der Verbrennung von Holz beispielsweise Asche zurückbleibt, die wesentlich leichter ist als der Ausgangsstoff. Nach dem Massenerhaltungssatz aber hat sich die Masse aller Reaktionsteilnehmer im Verlauf der Reaktion nicht geändert.
  • Dass dem tatsächlich so ist, lässt sich nachvollziehen, wenn man die Verbrennung in einem geschlossenen Gefäß durchführt. Das Gewicht desselben ist mit dem Holz genau dasselbe wie danach mit der Asche. Das liegt daran, dass die Masse sich bei der Verbrennung einfach nur umstrukturiert hat. Neben der Asche sind Gase entstanden, die zwar nicht sichtbar sind, mit der Asche addiert jedoch genau das Gewicht ergeben, das zuvor Holz und Sauerstoff ergeben haben.

Die einzelnen Schritte des Lösungswegs erklärt

  • Sehen Sie sich nun vor einer Aufgabe, die Sie beispielsweise danach fragt, welche Menge eines bestimmten Elements a bei der Reaktion von 2 Gramm des Elements x und eines Elements y entsteht, so lässt sich hier die Stöchiometrie anwenden. Zunächst ist dabei eine Reaktionsgleichung zu erstellen. Bestimmten Sie also zunächst die Edukte und Produkte der gegebenen Reaktion.
  • Überprüfen Sie anschließend die quantitativen Verhältnisse Ihrer Reaktionsgleichung. Befinden sich auf der rechten Seite nun beispielsweise drei H-Atome und auf der linken nur eines, dann müssen Sie die Quantitäten auf der linken Seite entsprechend ausgleichen, bevor es weitergehen kann. 
  • Sie gehen zur Errechnung der Mengen nun nach dem Proportionalitätsgesetz vor, das besagt, dass die doppelte Menge an Edukten zur doppelten Menge an Produkten führt. Es sind also zunächst die Massen aller beteiligten Moleküle zu bestimmen. Greifen Sie dazu auf die molare Masse M mit der Einheit g/mol zurück, die zu jedem Element aus dem Periodensystem ablesbar ist.
  • Lösen Sie Ihr Ergebnis anschließend nach dem Reaktionsteilnehmer x auf, zu dem Sie die Masse von 2 g gegeben hatten, und teilen Sie durch 2, so lässt sich dadurch bestimmen, wie viel Gramm des Elements a bei der gegebenen Reaktion auf ein Gramm des Elements x kommen. 
  • Solange Edukte hier gleich bleiben, wird aus jedem Gramm des Elements x nun immer Ihr Ergebnis entstehen. Werden Sie beispielsweise gefragt, wie viel Gramm des Elements x für eine Ergebnis von 1000 Gramm des Elements a nötig sind, so müssen Sie einfach nur durch Ihr voriges Ergebnis teilen und Sie erhalten die genaue Grammzahl.
  • Selbstverständlich ist der Einsatzbereich der Stöchiometrie mit diesem schematischen Beispiel längst nicht erschöpft. Erklärt werden kann hier aus Platzgründen jedoch nicht mehr als das schematische Vorgehen einer Massenbestimmung wie im obigen Fall. Um umfangreichere Kenntnisse in der Stöchiometrie zu erwerben, besorgen Sie sich am besten Fachliteratur wie Eberhard Austs und Burkhard Bittners "Stöchiometrie - Chemisches Rechnen". 

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