Aufstellen von Formeln
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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, CO2u.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
