Um eine Reaktion durchführen zu können, muss man wissen, welche Mengen der einzelnen Stoffe man braucht, wieviel entsteht, etc. Dazu berechnet man die Verhältnisse, in denen die Stoffe zueinander stehen. Man nennt dieses chemische Rechnen auch Stöchiometrie.

== Reaktionsgleichung ==

Bei der Reaktionsgleichung sieht man, welche Stoffe man für eine Reaktion benötigt und welche entstehen.

=== Aufstellen der Reaktionsgleichung ===
[[Bild:Kanone.JPG|thumb|right]]

Will man eine Reaktion durchführen, so muss man sich erst einmal darüber im
Klaren sein, welche Stoffe man für die Reaktion braucht (Edukte), und welche
entstehen (Produkte). Dann muss man die beiden Sorten einander gegenüberstellen.
Dies wird nun anhand eines Beispiels erklärt. Im Experiment feuern wir eine
Miniaturkanone ab. Als Brennstoff nehmen wir Pentan (C5H12). Dieser reagiert mit
Sauerstoff, wobei Kohlendioxid und Wasser entsteht. Die Edukte werden addiert.
Der Pfeil zeigt nach rechts, wo die Produkte ebenfalls addiert stehen. Die Gleichung
lautet also wie folgt:

C5H12 + O2 → CO2 + H2O

=== Ausgleichen der Reaktionsgleichung ===

Somit haben wir zwar alle Stoffe, doch auf der linken Seite (Edukte) haben wir viel mehr Wasserstoff, dafür auf der rechten Seite
(Produkte) mehr Sauerstoff. Da die Elemente nicht aus dem Nichts heraus entstehen können, müssen wir die Gleichung entsprechend
anpassen, sodass auf beiden Seiten von jedem Element die gleiche Anzahl Atome vorhanden ist - in unserem Beispiel müssen auf beiden Seiten
gleich viele C-Atome, H-Atome und O-Atome vorhanden sein. Die Stoffe selber dürfen dabei nicht verändert werden, es werden nur Zahlen vor die
Stoffe gesetzt. Aus CO2 darf man beispielsweise nicht C2O4 machen, aber man darf 2 CO2 machen. Das bedeutet dann, dass 2 x 1 C-Atom und 2 x 2 O-Atome vorhanden sind. Am besten geht man hier so vor, dass man systematisch die einzelnen Atomsorten ausgleicht. Man nennt das "Ausgleichen der Reaktionsgleichung". Durch gute mathematische
Überlegungen kann man das Ganze natürlich recht schnell lösen. Die neue Gleichung lautet also:

C5H12 + 8 O2 → 5 CO2 + 6 H2O

== Bestimmen der Mengenverhältnisse ==

Im nächsten Schritt werden die Mengenverhältnisse der Stoffe bestimmt, damit man weiss wieviel Pentan und Sauerstoff für die Reaktion benötigt wird. Diese Mengenverhältnisse sind nicht die selben wie die Zahlenverhältnisse in der Reaktionsgleichung, da die Stoffe unterschiedlich schwer sind. Ausgehend von der Reaktionsgleichung berechnet man die Molmasse bzw. das Molvolumen, und daraus die Masse bzw. das Volumen. 
Bei der Berechnung der Massen/Volumina springt man von der Teilchenebene in die sichtbare Ebene. Dafür schaut man auf dem Periodensystem die Molmasse der Atome nach. Die genaue Vorgehensweise ist im Kapitel [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php/Molmasse_und_Molvolumen Molmasse und Molvolumen] beschrieben. 

Die Werte sind hier schon ausgerechnet. Als Übung könnte man versuchen, ob man auf die selben Resultate kommt. Die korrekte Vorgehensweise steht dann zur Kontrolle unterhalb der Tabelle. Die Lösung ist fett markiert. 

{|
| Reaktionsgleichung: || C5H12 + || 8 O2|| →5 CO2 + || 6 H2O
|-
| Anzahl Teilchen || 1 T || 8 T || 5 T || 6 T
|-
| Anzahl Mol || 1 mol || 8 mol || 5 mol || 6 mol
|-
| Molmasse in g / mol || 72.146 || 32 || 44.01 || 18.016
|-
| Masse || '''72.146g''' || (256g) || 220.05g || 108.096g
|-
| Volumen (bei Standardbedingungen) || || '''200l'''
|}
 Vorgehensweise: Man schaut zuerst die Anzahl Teilchen jedes Stoffes an. Die Anzahl Teilchen entsprechen dann der Anzahl Mol, welche gebraucht werden für die Reaktion (bzw. welche dabei herauskommen). Die Molmasse der Stoffe berechnet man aus der Atommasse der Atome. Zum Beispiel wäre die Atommasse von Kohlenstoffdioxid (CO2) 12.01u + 2 x 16u (siehe [http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php/Bild:Periodic_table123.jpg Periodensystem]), und somit die Atommasse von CO2 44.01u, und die Molmasse ist dann entsprechend 44.01 g/mol. Die Masse berechnet sich einfach aus der Molmasse x Anzahl Mol. Das Volumen von Gasen beträgt bei Standardbedingungen (25°C und 1013.25hPa) ungefähr 25 Liter. In unserem Beispiel rechnet man 8 x 25l um die 200l zu erhalten.

== Berechnen der Werte ==

Nun haben wir zwar die Verhältnisse, wir können diese Mengenangaben nur benutzen, wenn unsere Minikanone 200 Liter Sauerstoff
fassen würde, was natürlich unsinnig ist. Zunächst müssen wir berechnen, wie gross das Volumen unserer Kanone ist. Dazu nehmen
wir an, dass das Kanonenrohr zylinderförmig ist, eine Höhe von 15 Zentimetern und einen Radius von 0,8 Zentimetern hat. Jetzt
können wir mit der Formel Grundfläche mal Höhe das Volumen des Rohres berechnen:

V = r2 · π · h = 0,82 · π · 15 = 30,14cm3

Da 1 Kubikzentimeter 0,01 Liter entspricht, müssen wir das Resultat noch entsprechend anpassen:

30,14cm3 = 30,14 · 10 -2 l

Jetzt wissen wir also, wie viel Sauerstoff in der Kanone enthalten ist. Wir müssen nur noch berechnen, wie viel Pentan wir hinzugeben
müssen. Mithilfe der Mengenverhältnisse gibt es einen einfachen Dreisatz:

200 Liter O2 entsprechen 72 Gramm C5H12

30,14 · 10-2 Liter O2 entsprechen x Gramm C5H12

30,14 · 10-2 l / 200 l · 72 g = 0,0108g

Damit sind wir mit unseren Berechnungen fertig. Wir müssen 0,0108 Gramm Pentan hinzufügen, den Zündungsmechanismus
betätigen, und wir haben das gewünschte Resultat: die Kanone feuert.
Faszinierend ist eigentlich die kleine Menge Pentan, die hinzugefügt werden muss, damit die Kanone feuert. Bei erster Betrachtung der Reaktionsgleichung, ohne die Grössen der Moleküle zu kennen, würde man meinen, dass die Menge an Pentan, das gebraucht wird,
mindestens so gross wäre wie die Menge an Sauerstoff im Kanonenrohr. Bei einer Mischung mit diesen Grössen wäre kein spannendes
Resultat zu beobachten. Bei genauerem Hinsehen und Berechnen der genauen Menge, kommen wir auf nur einen Bruchteil an Pentan
verglichen mit dem Sauerstoffgehalt. Denn nur mit dieser kleinen Menge kann Pentan(C5H12) mit dem Sauerstoff schnell reagieren und dadurch den Knalleffekt auslösen, den wir erwarten.

Analog zu diesem Beispiel kann man auch bei anderen Reaktionen die Mengen berechnen. Man muss dabei allerdings immer alle
Vorraussetzungen genau beachten.

== Quellen ==
* Chemieunterlagen

== Weblinks ==
* [http://swisseduc.ch/chemie/ Swisseduc] – Unterrichtsserver für Chemie

Chemisches Rechnen

2010-05-20T16:20:16Z

07h oscmat: /* Ausgleichen der Reaktionsgleichung */

Um eine Reaktion durchführen zu können, muss man wissen, welche Mengen der einzelnen Stoffe man braucht, wieviel entsteht, etc. Dazu berechnet man die Verhältnisse, in denen die Stoffe zueinander stehen. Man nennt dieses chemische Rechnen auch Stöchiometrie.

== Reaktionsgleichung ==

Bei der Reaktionsgleichung sieht man, welche Stoffe man für eine Reaktion benötigt und welche entstehen.

=== Aufstellen der Reaktionsgleichung ===
[[Bild:Kanone.JPG|thumb|right]]

Will man eine Reaktion durchführen, so muss man sich erst einmal darüber im
Klaren sein, welche Stoffe man für die Reaktion braucht (Edukte), und welche
entstehen (Produkte). Dann muss man die beiden Sorten einander gegenüberstellen.
Dies wird nun anhand eines Beispiels erklärt. Im Experiment feuern wir eine
Miniaturkanone ab. Als Brennstoff nehmen wir Pentan (C5H12). Dieser reagiert mit
Sauerstoff, wobei Kohlendioxid und Wasser entsteht. Die Edukte werden addiert.
Der Pfeil zeigt nach rechts, wo die Produkte ebenfalls addiert stehen. Die Gleichung
lautet also wie folgt:

C5H12 + O2 → CO2 + H2O

=== Ausgleichen der Reaktionsgleichung ===

Somit haben wir zwar alle Stoffe, doch auf der linken Seite (Edukte) haben wir viel mehr Wasserstoff, dafür auf der rechten Seite
(Produkte) mehr Sauerstoff. Da die Elemente nicht aus dem Nichts heraus entstehen können, müssen wir die Gleichung entsprechend
anpassen, sodass auf beiden Seiten von jedem Element die gleiche Anzahl Atome vorhanden ist - in unserem Beispiel müssen auf beiden Seiten
gleich viele C-Atome, H-Atome und O-Atome vorhanden sein. Die Stoffe selber dürfen dabei nicht verändert werden, es werden nur Zahlen vor die
Stoffe gesetzt. Aus CO2 darf man beispielsweise nicht C2O4 machen, aber man darf 2 CO2 machen. Das bedeutet dann, dass 2 x 1 C-Atom und 2 x 2 O-Atome vorhanden sind. Am besten geht man hier so vor, dass man systematisch die einzelnen Atomsorten ausgleicht. Man nennt das "Ausgleichen der Reaktionsgleichung". Durch gute mathematische
Überlegungen kann man das Ganze natürlich recht schnell lösen. Die neue Gleichung lautet also:

C5H12 + 8 O2 → 5 CO2 + 6 H2O

== Bestimmen der Mengenverhältnisse ==

MUSS NOCH KORRIGIERT WERDEN

Im nächsten Schritt werden die Mengenverhältnisse der Stoffe bestimmt. Diese Mengenverhältnisse sind nicht die selben wie die zahlenverhältnisse in der Reaktionsgleichung, da die Stoffe unterschiedlich schwer sind. Dafür berechnen wir jetzt ausgehend von der Reaktionsgleichung die
Molmasse. Da es bei Gasen allerdings keinen Sinn macht, die Masse anzuschauen, berechnen wir für diese das Molvolumen.

Wir berechnen nur die Werte der Edukte, da wir ja wissen wollen, wieviel Pentan wir für die Reaktion bebötigen.

[[Bild:Beispiel_Chemisch_Rechnen.JPG]]

Wir springen von der Teilchenebene in die sichtbare Ebene, schauen auf dem Periodensystem um Molmasse und Molvolumen zu
berechnen. Die genaue Vorgehensweise ist im Kapitel Molmasse und Molvolumen beschrieben. Die Werte sind hier schon
ausgerechnet. Als Übung könnte man versuchen, ob man auf die selben Resultate kommt.

== Berechnen der Werte ==

Nun haben wir zwar die Verhältnisse, wir können diese Mengenangaben nur benutzen, wenn unsere Minikanone 200 Liter Sauerstoff
fassen würde, was natürlich unsinnig ist. Zunächst müssen wir berechnen, wie gross das Volumen unserer Kanone ist. Dazu nehmen
wir an, dass das Kanonenrohr zylinderförmig ist, eine Höhe von 15 Zentimetern und einen Radius von 0,8 Zentimetern hat. Jetzt
können wir mit der Formel Grundfläche mal Höhe das Volumen des Rohres berechnen:

V = r2 · π · h = 0,82 · π · 15 = 30,14cm3

Da 1 Kubikzentimeter 0,01 Liter entspricht, müssen wir das Resultat noch entsprechend anpassen:

30,14cm3 = 30,14 · 10 -2 l

Jetzt wissen wir also, wie viel Sauerstoff in der Kanone enthalten ist. Wir müssen nur noch berechnen, wie viel Pentan wir hinzugeben
müssen. Mithilfe der Mengenverhältnisse gibt es einen einfachen Dreisatz:

200 Liter O2 entsprechen 72 Gramm C5H12

30,14 · 10-2 Liter O2 entsprechen x Gramm C5H12

30,14 · 10-2 l / 200 l · 72 g = 0,0108g

Damit sind wir mit unseren Berechnungen fertig. Wir müssen 0,0108 Gramm Pentan hinzufügen, den Zündungsmechanismus
betätigen, und wir haben das gewünschte Resultat: die Kanone feuert.
Faszinierend ist eigentlich die kleine Menge Pentan, die hinzugefügt werden muss, damit die Kanone feuert. Bei erster Betrachtung der Reaktionsgleichung, ohne die Grössen der Moleküle zu kennen, würde man meinen, dass die Menge an Pentan, das gebraucht wird,
mindestens so gross wäre wie die Menge an Sauerstoff im Kanonenrohr. Bei einer Mischung mit diesen Grössen wäre kein spannendes
Resultat zu beobachten. Bei genauerem Hinsehen und Berechnen der genauen Menge, kommen wir auf nur einen Bruchteil an Pentan
verglichen mit dem Sauerstoffgehalt. Denn nur mit dieser kleinen Menge kann Pentan(C5H12) mit dem Sauerstoff schnell reagieren und dadurch den Knalleffekt auslösen, den wir erwarten.

Analog zu diesem Beispiel kann man auch bei anderen Reaktionen die Mengen berechnen. Man muss dabei allerdings immer alle
Vorraussetzungen genau beachten.

== Quellen ==
* Chemieunterlagen

== Weblinks ==
* [http://swisseduc.ch/chemie/ Swisseduc] – Unterrichtsserver für Chemie