Zusammensetzungsgrößen

Häufig bestehen chemische Systeme aus mehreren Stoffen, z. B. eine wässrige Lösung von Schwefelsäure bzw. Kochsalz oder Gasgemische wie das Sysnthesegas für die Ammoniaksynthese. Die Reaktivität der Schwefelsäure wird durch ihren Gehalt an Oxonium-Ionen bestimmt, während der Stoffumsatz bei der Ammoniaksynthese vom Stoffmengenverhältnis der Gase Stickstoff und Wasserstoff abhängt. Auch die Farbe einer wässrigen Lösung ändert sich, je nachdem wie viel Farbstoff man zu dieser Lösung hinzufügt.

Die Zusammensetzung von Stoffgemischen ist also von entscheidender Bedeutung für den Verlauf chemischer Reaktionen. Sie wird wird durch Zusammensetzungsgrößen angegeben. So hängt die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen genauso von der Zusammensetzung des Reaktionssystems ab, wie das elektrochemische Potenzial einer Elektrode in einer wässrigen Elektrolytlösung.

Experimentell kann die Zusammensetzung eines Systems auf unterschiedliche Weise bestimmt werden. Allerdings sind für gasförmige Reaktionssysteme andere Messgrößen leicht zugänglich als bei Feststoffen oder Flüssigkeiten. Man hat deshalb verschiedene Zusammensetzungsgrößen definiert, aus denen man relativ einfach die Masse oder die Stoffmenge einer beliebigen Komponente (i) berechnen kann.

Für Feststoffe und Gasgemische benutzt man meist Anteilsgrößen, da die Masse von Feststoffen und der Druck oder das Volumen von Gasen sehr einfach gemessen werden können. Die Zusammensetzung von Gasen gibt man oft mithilfe der Partialdrücke an, die den Konzentrationen in Lösungen am ähnlichsten sind.

Für Lösungen ist die gebräuchlichste Zusammensetzungsgröße die Stoffmengenkonzentration , weil aus dieser Größe die Stoffmenge eines gelösten Stoffs direkt aus dem Volumen der Lösung ermittelt werden kann. Wenn der Chemiker von der Konzentration einer Lösung spricht, ist damit fast immer die Stoffmengenkonzentration gemeint. Diese Größe wird zur Beschreibung von Gleichgewichtskonstanten genauso benutzt wie für die Berechnung der Reaktionsgeschwindigkeit.

$\begin{array}{l}\text{A}\text{+}\text{B}\rightleftarrows \text{C}\text{+}\text{D}\\ K_c\text{=}\frac{\text{c(C)}\cdot \text{c(D)}}{\text{c(A)}\cdot \text{c(B)}}\\ v_R\text{=}\text{–}\frac{\Delta \text{c}\text{(A)}}{\Delta \text{t}}\text{=}\text{–}\frac{\Delta \text{c}\text{(B)}}{\Delta \text{t}}\text{= k}\cdot \text{c(A)}\cdot \text{c(B)}\end{array}$

Der Gehalt eines gelösten Stoffs (i) kann aber auch als Massenanteil oder Massenkonzentration angegeben werden.

Üblich ist die prozentuale Angabe des Massenanteils bei Säuren und Basen, die man z. B. als 10 %ige Säuren bzw. Basen bezeichnet. Man kann aus dem Massenanteil auch die Stoffmengenkonzentration berechnen. Dazu benötigt man aber die für viele wässrige Lösungen tabellierte Dichte, um Masse und Volumen ineinander umrechnen zu können.