Stöchiometrisches Rechnen

Die Stöchiometrie ist die Lehre von der Berechnung der Zusammensetzung chemischer Verbindungen und Mischungen sowie der Massen-, Volumen- und Ladungsverhältnisse bei chemischen Reaktionen. Energetische Veränderungen werden dabei nicht betrachtet.

Das Wort „Stöchiometrie“ kommt aus dem Griechischen von „stoicheion“ für Grundstoff und „metrein“ für Messen.

Bei stöchiometrischen Berechnungen werden bekannte chemische und auch physikalische Gesetze genutzt. Insbesondere handelt es sich dabei um die folgenden Gesetze:

• Gesetz von der Erhaltung der Anzahl der Atome,
• Gesetz von den konstanten Proportionen,
• Gesetz von der Erhaltung der Masse,
• Gesetz von der Erhaltung der Ladung.

Mithilfe dieser Gesetze kann man stöchiometrische Berechnungen vor allem auf zwei Wegen führen.

1. Berechnungen mit Verhältnisgleichungen

Diese Verhältnisgleichungen werden aus Gleichungen für chemische Reaktionen abgeleitet, wie folgendes Beispiel zeigt:

$\text{A + B }\to \text{ C + D}$

Daraus ergibt sich folgende Verhältnisgleichung:

$\frac{m_1}{\text{Wert 1}}=\frac{m_2}{\text{Wert 2}}$

2. Berechnungen mit Größengleichungen

Wenn die gegebenen und gesuchten Größen (Produkte aus Zahlenwert und Einheit) bekannt sind, dann kann folgende Größengleichung für Berechnungen genutzt werden:

$\frac{m_1}{m_2}=\frac{M_1\cdot n_1}{M_2\cdot n_2}$

Beim Lösen stöchiometrischer Aufgaben sollte man in folgenden Schritten vorgehen:

1. Ananlysiere zunächst den Sachverhalt der Aufgabe! Stelle eine Reaktionsgleichung auf!
2. Stelle die gesuchten und die gegebenen Größen der Aufgabe zusammen! Ermittle fehlende Größen aus Tafelwerken und Tabellen!
3. Suche einen Ansatz für die Berechnungen über
   a) eine Verhältnisgleichung oder
   b) eine Größengleichung!
4. Stelle die Gleichung nach der gesuchten Größe um! Setze die gegebenen Größen ein und berechne die gesuchte Größe!
5. Formuliere das Ergebnis der Aufgabe! Beantworte dabei die Fragen im Aufgabentext!

Beispiel: Berechne die Masse an Wasser, die beim Verbrennen von 5 l Wasserstoff im Normzustand (0 °C, 1013 hPa) entsteht.

Gegeben:

Reaktionsgleichung:   H₂  +  0,5 O₂  →  H₂O

V (H₂) = 5 l;   V_M = 22,4 l;  A (H₂) = 2,016;   A (O₂) = 32;

M (H₂O) = 18,016 g/mol

Berechnung:

n (H₂) = 5/22,4 = 0,2232 mol = n (H₂O)

m (H₂O) = n • M = 0,2232 • 18,016 = 4,021 g Wasser entstehen.