Stöchiometrie

Englisch: stoichiometry

1 Definition

Als Stöchiometrie bezeichnet man die Berechnung der Zusammensetzung von definierten chemischen Verbindungen unter Zuhilfenahme von Atom- oder Molekulargewichten und Reaktionsgleichungen.

2 Grundlagen

Mit Hilfe der Stöchiometrie lässt sich unter anderem berechnen, wieviel Edukt, also Ausgangsstoff, man bei einer geplanten chemischen Reaktion zugeben muss, um eine definierte Menge an Produkt zu erhalten. Ebenso kann man berechnen, wie viel Produkt mit den zu Verfügung stehenden Edukten erzeugt werden kann.

Dabei handelt es sich um idealisierte Rechnungen, die von einer kompletten Umsetzung ausgehen. Bei vielen Reaktionen lassen sich erwartete Umsetzungsraten nachlesen, die im Laufe der Zeit gemessen wurden.

2.1 Umsetzung im Verhältnis 1:1

Man nehme eine Reaktion nach folgendem Beispiel:

• A₂ + BC --> AB + AC

Bei dieser Reaktion ergeben 1 mol A₂ und 1 mol BC genau 1 mol AB und 1 mol AC.

2.2 Umsetzung mit unterschiedlichen Verhältnissen

Komplizierter wird es, wenn verschiedene Mengen einzelner Stoffe benötigt werden. Dann muss der stöchiometrische Koeffizient eingesetzt werden. In der folgenden Gleichung müssen beispielsweise 2 mol vom ersten Edukt eingesetzt werden und 1 mol vom zweiten Edukt. Die Produkte bilden sich ebenfalls entsprechend.

• 2A + B₂C --> B₂ + A₂C

Aus 3 Teilen Edukt werden 2 Teile Produkt. Man redet von der stöchiometrischen Bilanz. Die Masse bleibt jedoch gemäß des Massenerhaltungssatzes gleich.

2.3 Stoffmengenverhältnis

Es ist hilfreich, das Stoffmengenverhältnis zu berechnen. Bei der Reaktion:

• 4A + 3B₂ --> 2 A₂B₃

errechnet es sich wie folgt:

• n A / n A₂B₃ = 4 / 2 = 2 / 1 = 2
• n B₂ / n A₂B₃ = 3 / 2 = 1,5

n ist der stöchiometrische Koeffizient, hier gleichzusetzen mit der Molmenge.

Benötigt werden für die Reaktion 2 mol A und 1,5 mol B₂. Es bildet sich 1 mol Produkt. Daraus ergibt sich die Gleichung:

• 2A + 1,5B₂ --> 1A₂B₃

Bei Stoffen wie A₂ kann auch der Faktor 1/2 genutzt werden, wenn nur ein A benötigt wird. Das Molekül wird dabei rein formal in seine zwei Atome aufgeteilt.

2.4 Berechnung der Massen

Mit den oben erklärten Berechnungen lässt sich nun bestimmen, wie viel von den einzelnen Stoffen einer Reaktion für eine bestimmte Menge Produkt zugegeben werden muss, beziehungsweise wie viel mit den gegebenen Massen als Produkt zu erwarten ist. Um nun die Masse der zu verwendenden Stoffe zu berechnen, benötigt man das Molgewicht, also die molare Masse der Stoffe.

Die molare Masse sei zum Beispiel 2,5 g/mol. Das bedeutet, wenn 2 mol eines Stoffes benötigt werden:

• 2,5 g/mol * 2 mol = 5 g.

Beim Stoff A₂ bedeutet dies, dass A₂ 5 g/mol entspricht und nur A allein 2,5 g/mol.

Man nehme A = 2,5 g/mol, B = 1,5 g/mol und C = 2,0 g/mol. Bei der Reaktion A₂ + BC --> AB + AC ergibt sich somit:

• 5 g + 3,5 g --> 4 g + 4,5 g