Die chemische Industrie ist für die Herstellung vieler Alltagsgegenstände verantwortlich, von Kunststoffen über Reinigungsmittel bis hin zu Kosmetikartikeln. Um diese Produkte kostengünstig und in hoher Qualität herzustellen, ist es wichtig, die Reaktionen genau zu verstehen und den Einsatz von Rohstoffen präzise zu steuern. Dafür müssen wir uns mit den physikalischen Grundlagen der Chemie auskennen, einschließlich der Stoffmenge, der molaren Masse, der Konzentrationen und des Umsatzes.
Bedeutung des chemischen Rechnens
Um beispielsweise zu berechnen, wie viel Essigsäure benötigt wird, um eine Tonne Ethylacetat, einen Bestandteil von Nagellackentferner, herzustellen, müssen wir uns mit chemischen Größen wie der Stoffmenge, der molaren Masse, Konzentrationen und dem Umsatz auskennen.
Stoffmenge und molare Masse
In einem Gramm eines Stoffes sind bereits riesige Mengen an Teilchen enthalten. Um mit der Anzahl der Teilchen berechnen zu können, wurde die Stoffmenge mit der SI-Einheit Mol eingeführt. Ein Mol entspricht einer festgelegten Menge an Teilchen, nämlich genauso vielen Teilchen wie in 12 Gramm des Kohlenstoffisotops C12 enthalten sind, also 6·10²³ Teilchen. Die Umrechnung der Stoffmenge in die Anzahl der Teilchen erfolgt über die Avogadro-Konstante.
Zusätzlich zu den Teilchenmengen haben verschiedene Atome auch unterschiedliche Massen. Ein Mol eines Stoffes hat daher eine eigene spezifische Masse, die molare Masse. Für Elemente kann man die molare Masse dem Periodensystem entnehmen. Für Verbindungen kann man sie berechnen, indem man die molaren Massen der Elemente in der Verbindung addiert. Mit Hilfe der molaren Masse kann man aus der Stoffmenge die Masse berechnen.
Gehaltsangaben – Konzentrationen
Viele Stoffe, mit denen wir täglich in Berührung kommen, liegen in gelöster Form vor. Um eine Lösung quantitativ bewerten zu können, geben wir die Konzentration an. In der Chemie begegnet uns am häufigsten die Stoffmengenkonzentration. Sie gibt an, wie viele Mole eines Stoffes in einem bestimmten Volumen des Lösungsmittels gelöst sind. Die Stoffmengenkonzentration berechnet sich also durch die Division der Stoffmenge durch das Volumen.
Es gibt auch andere Konzentrationen, wie zum Beispiel die Massenkonzentration und die Volumenkonzentration. Hier wird nicht die Stoffmenge, sondern die Masse bzw. das Volumen eines Stoffes auf das Volumen des Lösungsmittels bezogen.
Umsatz und Ausbeute
Für die Herstellung von Produkten durch chemische Reaktionen sind der chemische Umsatz und die Ausbeute besonders wichtig. Der Umsatz gibt an, wie viel vom Ausgangsstoff in das gewünschte Produkt umgesetzt wird. Die Ausbeute berücksichtigt bei der Berechnung des umgesetzten Anteils die Leitkomponente, also denjenigen Ausgangsstoff, der nicht im Überschuss vorhanden ist.
Die Stöchiometrie spielt eine wichtige Rolle in der Chemie. Kenntnisse über die Stoffmenge, Konzentrationen, die molare Masse, den Umsatz und die Ausbeute sind entscheidend für die Herstellung chemischer Produkte und das Verständnis von Gehaltsangaben.
Jetzt hast du einen kleinen Einblick in die Welt der chemischen Rechnungen erhalten. Mit diesem Wissen kannst du besser verstehen, wie chemische Prozesse ablaufen und wie chemische Produkte hergestellt werden. Viel Erfolg bei deinen weiteren Entdeckungsreisen in der Welt der Chemie!
