Aufstellen von Formeln

Regeln zur Aufstellung chemischer Formeln und Gleichungen
-----------------------------------------------------------------------------------------Die meisten Stoffe bestehen aus Molekülen oder aus Ionen. Moleküle bestehen aus
miteinander verbundenen Atomen. Die sich bindenden Atome (gleiche, aber
hauptsächlich verschiedene Atome) stehen zueinander in einem definierten
Massenverhältnis und damit Atomverhältnis (Ionenverhältnis).
1. Chemische Formeln, die die tatsächliche Anzahl und die Art der Atome, aus der
ein Molekül aufgebaut ist, angeben, werden als Summenformeln bezeichnet.
2. Die Elemente Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und die Halogene (Fluor, Chlor,
Brom, Jod) sind zweiatomige Moleküle, d.h. ihre Moleküle bestehen nur aus
einer Atomart.
Ihre Formel lautet deshalb: H2, O2, N2, F2, Cl2, Br2, J2.
Die tiefgestellte Zahl gibt also immer die Anzahl der jeweiligen Atomsorte an.
3. Die Moleküle chemischer Verbindungen enthalten stets mehr als eine Art von
Atomen.
Zum Beispiel: H2O
und H2O2
Wasser
Wasserstoffperoxid
Beachte: Beide Verbindungen haben sehr unterschiedliche Eigenschaften. Oder
allgemein: Eine Änderung in der Formel bedeutet immer eine andere Substanz.
4. Formeln für Ionenverbindungen müssen berücksichtigen, daß chemische
Verbindungen elektrisch neutral sind, d.h. sie müssen immer so
zusammengesetzt sein, daß die Summe der positiven gleich der Summe der
negativen Ladungen ist.
Zum Beispiel: Auf ein Na+-Ion kommt ein Cl--Ion; die Formel lautet NaCl.
Auf ein Ba2+-Ion kommen zwei Cl--Ionen; die Formel lautet BaCl2.
Zu beachten ist diese Regel vor allem für die Oxide. Darin liegt der
Sauerstoff immer als O2--Ion vor (oder vereinfacht: zweiwertig).
Damit ergibt sich:
 Einwertige Metalle (1. Hauptgruppe) Na2O, K2O usw.
 Zweiwertige Metalle (2. Hauptgruppe) MgO, BaO usw.
 Dreiwertige Metalle (3. Hauptgruppe) Al2O3.
 Die Nebengruppenelemente kommen in mehreren Wertigkeiten vor,
Zum Beispiel:
Fe - zweiwertig ergibt FeO
Fe - dreiwertig ergibt Fe2O3.
 In Salzen muß man die "Wertigkeit" des Säurerestes (Anzahl der H-Atome im
Säuremolekül) beachten.
Zum Beispiel:
HCl:
einwertig
H2SO4:
zweiwertig
H3PO4:
dreiwertig
einwertiges Metall zweiwertiges Metall
dreiwertiges Metall
NaCl
MgCl2
AlCl3
Na2SO4
MgSO4
Al2(SO4)3
Na3PO4
Mg3(PO4)2
AlPO4
5. In Verbindungen mit Metallen beginnt die Formel mit den Symbol für das Metall.
Allgemein: Man findet leicht die Formel, wenn man die Wertigkeit des Elements
(Ions) oder des Säurerestes über die Elementsymbole schreibt und den
Hauptnenner sucht, also:
....6.....
 
3 2
Al2 (SO4)3.
Beachte: Der Sulfatrest (SO4) kann nicht "zerlegt" werden, er bleibt als Ganzes
erhalten. Die Formel für häufig vorkommende Ionen finden Sie in folgender
Tabelle.
positive Ionen
(Kationen)
Name
Formel
einwertig
Ammonium
NH4+
Kalium
K+
Kupfer (I)
Cu+
Natrium
Na+
Silber
Ag+
Wasserstoff
H+
zweiwertig
Barium
Ba2+
Blei (II)
Pb2+
Calcium
Ca2+
Chrom (II)
Cr2+
Cobalt (II)
Co2+
Eisen (II)
Fe2+
Kupfer (II)
Cu2+
Magnesium
Mg2+
Mangan (II)
Mn2+
Quecksilber
Hg2+
Zink (II)
Zn2+
Zinn (II)
Sn2+
dreiwertig
Aluminium
Al3+
Eisen (III)
Fe3+
Chrom (III)
Cr3+
negative Ionen
(Anionen)
Name
Formel
einwertig
Acetat
CH3COOBromid
BrChlorid
ClChlorat
ClO3Cyanid
CNFluorid
FHydrid
HHydrogenkarbonat HCO3Hydrogensulfat
HSO4Hydroxid
OHJodid
JNitrat
NO3Perchlorat
ClO4Permanganat
MnO4zweiwertig
Chromat
CrO42Karbonat
CO32Oxid
O2Peroxid
O22Sulfat
SO42Sulfid
S2Sulfit
SO32dreiwertig
Phosphat
PO43-
6. Die chemische Gleichung beschreibt die chemische Reaktion (Umordnung)
der Moleküle und/oder Ionen.
Beachte:
 Bevor man eine Gleichung aufschreiben kann, muß man wissen, welche
Stoffumwandlungen ablaufen, d.h. man muß wissen, welche
Reaktionsprodukte entstehen.
 Jede chemische Gleichung enthält eine qualitative Aussage, sie gibt die
Ausgangsstoffe (Edukte) und die Endstoffe (Produkte) an. Zusätzlich
beinhaltet sie aber auch noch eine quantitative Aussage: sie muß mit dem
Gesetz von der Erhaltung der Masse übereinstimmen.
Die Gleichung muß auf jeder Seite dieselbe Stückzahl für die verschiedenen
Atomarten aufweisen. Man sagt, die Gleichung wird "abgeglichen".
Beachte beim Abgleichen:
Beim Abgleichen darf die Formel (d.h. die Indizes der Formel) niemals verändert
werden! Abgleichen heißt die Anzahl (Koeffizienten) der Reaktionsteilnehmer so
verändern, daß das Gesetz von der Erhaltung der Masse stimmt.
Beispiele:
Wasserstoff
+
Sauerstoff 
Wasser
H2
+
O2

H2O
würde man schreiben
H2
+
O2

H2O2
würde zwar das Gesetz von der Erhaltung der Masse stimmen, aber man erhielte
nicht Wasser, sondern Wasserstoffperoxid - eine völlig andere Verbindung!
Abgleichen heißt:
H2
+
O2

H2O
2 O-Atome fordern 2 H2O. 2 H2O-Moleküle bedeuten aber 4 H-Atome auf der rechten
Seite. Damit die Anzahl der H-Atome auf beiden Seiten der Gleichung gleich wird,
folgt:
2 H2
+
O2

2 H2O.
So ergibt sich auf beiden Seiten der Gleichung die gleiche Anzahl der H- und OAtome.
4 H-Atome
+
2 O-Atome 
4 H-Atome + 2 O-Atome.
Formal ist auch richtig:
H2
+
½ O2

H2O.
Diese Prinzipien gelten für jede Gleichung, auch für kompliziertere:
Oktan (Benzin)
verbrennt zu
C8H18
+
O2

CO2
+
H2O.
Im Octan sind 8 C-Atome und 18 H-Atome enthalten
C8H18
+
O2

8 CO2
+
9 H2O.
Jetzt sind aber rechts (Reaktionsprodukte) 25 O-Atome
C8H18
+
12½ O2

8 CO2
+
9 H2O.
Es ist üblich, ganzzahlige Koeffizienten zu schreiben, d.h. die gesamte Gleichung ist
mit 2 zu multiplizieren. Es folgt:
2 C8H18
+
25 O2
 16 CO2
+
18 H2O.
Anmerkungen:
1.
In den Reaktionsgleichungen werden oft die Aggregatzustände der Stoffe
vermerkt.
(g)
gasförmig
(g)
gaseous
(fl)
flüssig
bzw.
(l)
liquid
(f)
fest
(s)
solid
2.
Entweichen gasförmige Stoffe aus dem System, so benutzt man einen nach
oben gerichteten Pfeil:
O2, CO2u.a.m.
Beispiel:
CaCO3
+
2 HCl

CaCl2 +
H2O + CO2
entspricht H2CO3
Fallen Niederschläge aus der Lösung aus, so benutzt man einen nach unten
gerichteten Pfeil: BaSO4, AgCl u.a.m.
Beispiel:
NaCl
+
AgNO3

AgCl
+
NaNO3.
3.
Da jede chemische Reaktion nicht nur eine Umwandlung von Atomen (Ionen)
bedeutet, sondern auch mit Energieveränderungen verbunden ist, wird häufig
auch in der Reaktionsgleichung dieser Umsatz mit angegeben.
(Bei der vorliegenden Ausarbeitung handelt es sich um einen Auszug aus DDRFernstudiumliteratur.)
Übungsbeispiele hierzu sind u.a. zu finden in
K. Standhartinger
Chemie für Ahnungslose
Hirzel Verlag 2002
Kapitel 11