Was ist Standardchemie?

Er vertritt

In der Welt der Chemie können chemische Reaktionen nur durch genaue Messungen der beteiligten Stoffmengen verstanden und effektiv genutzt werden. Hier kommt die Stöchiometrie ins Spiel.

Das Wort „quantitativ“ besteht aus zwei Teilen: „στοιχεῖον“ (bedeutet Element) und „μέτρον“ (bedeutet Maß). Die quantitative Wissenschaft ist die Wissenschaft der Messung der Mengen von Elementen und Verbindungen in chemischen Reaktionen.

Mithilfe der Chemometrie können wir die Menge der verwendeten Substanzen , die Produktausbeute und die optimale Verwendung der Rohstoffe vorhersagen. Diese Wissenschaft liegt allen Zweigen der Chemie zugrunde, von der allgemeinen bis zur industriellen.

Definition der Standardchemie

Die Chemie ist der Zweig der Chemie , der sich mit den quantitativen Beziehungen zwischen Reaktanten und Produkten in chemischen Reaktionen befasst . Vereinfacht ausgedrückt, lehrt uns die Standardchemie Folgendes:

Wie viel von einer Substanz wird benötigt, um eine bestimmte Menge einer anderen Substanz herzustellen?
Wie viel Produkt erhalten wir nach der Reaktion?

Ein einfaches Beispiel:
Bei der Reaktion zur Wassergewinnung:

$2H2+O2→2H2O2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$

Die Gesetze der Chemie besagen, dass zwei Mol Wasserstoff mit einem Mol Sauerstoff reagieren und zwei Mol Wasser bilden.

Die Bedeutung chemischer Messungen

Chemische Messungen sind in der Chemie und im Alltag sehr wichtig:

Durch die Prognose der Produktionsmengen in der Chemie- und Werkstoffindustrie mithilfe präziser Berechnungen können Kosten gesenkt und Ressourcenverschwendung vermieden werden.
Reaktionskontrolle:
Durch das Verständnis stöchiometrischer Verhältnisse können wir Reaktionen kontrollieren und die Entstehung von Abfall oder gefährlichen Stoffen verhindern.
Durch die Optimierung chemischer Ressourcen können wir
nur die richtigen Rohstoffe verwenden und Abfall reduzieren.
Der Kurs Chemometrie vermittelt die Grundkonzepte der Chemie und führt die Schüler in Mol, Reaktionsverhältnisse und Einheitenumrechnungen ein .

Moores Gesetz der konstanten Verhältnisse

Das wichtigste Konzept in der Stöchiometrie ist das Mol .

Mol: Eine chemische $^{Maßeinheit}$ $, mit der die Anzahl der Teilchen (Atome, Moleküle oder Ionen) einer Substanz angegeben wird. Ein Mol entspricht 6,022$ $\times$ $Teilchen$ $und$ wird als Avogadro-Konstante bezeichnet.

Chemische Messungen basieren auf dem Gesetz der Zusammensetzungskonstanz:

In einer Verbindung werden Elemente immer in bestimmten, festen Zahlenverhältnissen kombiniert.

Beispielsweise besteht Wasser immer aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom, das heißt, das Massenverhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff beträgt etwa 1:8.

Beziehung zwischen Reaktanten und Produkten

Bei der Stöchiometrie werden Reaktanten und Produkte gemäß einer ausgeglichenen chemischen Gleichung abgewogen.

Beispiel: Reaktion der Kohlendioxidbildung

$O_2 Pfeil nach rechts CO_2$

Diese Gleichung bedeutet:

Ein Mol Kohlenstoff reagiert mit einem Mol Sauerstoff.
Es entsteht 1 Mol Kohlendioxid.

Wenn wir 12 Gramm Kohlenstoff und 32 Gramm Sauerstoff haben, beträgt die Menge des gebildeten Kohlendioxids:

$12 g Kohlenstoff + 32 g_{Sauerstoff} \to 44 g Kohlendioxid$

Diese präzisen Berechnungen bilden die Grundlage für Standardberechnungen.

Arten gleichwertiger Konten

1. Berechnung nach Masse

Bei diesem Typ wird die Masse der Reaktanten oder Produkte angegeben und die Masse einer anderen benötigten Substanz berechnet.

Beispiel: Wenn wir 10 Gramm Wasserstoff haben, wie viele Gramm Sauerstoff benötigen wir, damit der gesamte Wasserstoff mit Sauerstoff reagiert und Wasser bildet?

2. Moore-basierte Berechnungen

Manchmal werden Daten in Mol angegeben. In diesem Fall erfolgt die Berechnung direkt auf Basis des Molverhältnisses.

3. Berechnung nach Gasvolumen

Für Gase besagt das Avogadro-Gesetz, dass bei konstanter Temperatur und konstantem Druck das Volumen eines Gases direkt proportional zur Anzahl seiner Mol ist.
Beispielsweise bei der Reaktion zur Herstellung von Ammoniak:

$2NH3N_2 + 3H_2 \right arrow 2NH_3$

1 Liter Stickstoff reagiert mit 3 Litern Wasserstoff zu 2 Litern Ammoniak.

Wichtige Punkte bei der Lösung chemischer Probleme

Chemische Gleichungen ausgleichen
Stellen Sie zunächst sicher, dass die chemische Gleichung für die Reaktion ausgeglichen ist, d. h., die Anzahl der Atome auf beiden Seiten der Gleichung ist gleich.
Umrechnung von Maßeinheiten.
Bei den meisten Aufgaben muss man Gramm in Mol oder Volumen in Mol umrechnen.
Verwendung von Molverhältnissen:
Molverhältnisse von Reaktanten und Produkten sind bei Berechnungen sehr wichtig.
Überprüfen Sie das limitierende Reagenz.
Manchmal ist die Menge eines Reagenz größer als die Menge eines anderen. Das zuerst verwendete Reagenz wird als limitierendes Reagenz bezeichnet und bestimmt die Produktmenge.

Praxisbeispiele

Nehmen wir an, wir möchten 100 Gramm Wasser gewinnen. Die chemische Reaktionsformel sieht folgendermaßen aus:

$2H2+O2→2H2O2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$

Molare Masse von H2 $g/molH_2 = 2 g/mol$ , Molare Masse von O2 $g/molO_2 = 32 g/mol$ , Molare Masse von H2O $g/molH_2O = 18 g/mol$ .
2 Mol Wasserstoff (4 Gramm) reagieren mit 1 Mol Sauerstoff (32 Gramm) und bilden 2 Mol Wasser (36 Gramm).
Die zur Herstellung von 100 Gramm Wasser benötigte Menge an Wasserstoff und Sauerstoff lässt sich proportional berechnen.

PAC-Sicherheitsdatenblatt

Anwendung der Standardchemie im Leben und in der Industrie

Chemische und pharmazeutische Industrie:
Ohne Standardberechnungen wäre die Produktion von Chemikalien, Pharmazeutika und Düngemitteln nicht möglich.
Mittels Standardökologie werden die Schadstoffmenge und der Bedarf an Chemikalien zur Reinigung von Wasser und Luft berechnet .
In Lehrlaboren
werden den Studierenden chemische Prinzipien und Molarberechnungen anhand der Lösung von Standardproblemen nähergebracht.
Auch in der Lebensmittelindustrie sind genaue Mengenverhältnisse der Rohstoffe (ähnlich dem Konzept der chemischen Messung) bei der Zubereitung und Produktion von Lebensmitteln und Getränken von großer Bedeutung.

Endlich

Die Chemie ist die Wissenschaft, die sich mit den quantitativen Beziehungen zwischen Reaktanten und Produkten in chemischen Reaktionen befasst . Dieser Zweig der Chemie hilft uns, Reaktionen zu steuern, die Ressourcennutzung zu optimieren und Endergebnisse genau vorherzusagen.

Vom Neuntklässler bis zum Chemieingenieur sind wir alle schon einmal mit Quantenmessungen in Berührung gekommen . Durch das Studium dieses Fachs können wir chemische Reaktionen durch die Sprache der Zahlen und Beziehungen verstehen und ihre praktischen Anwendungen im Alltag und in der Industrie erkennen.

Die Standardchemie dient als Brücke zwischen chemischer Theorie und Praxis und ist eine der grundlegenden Grundlagen für das Verständnis chemischer Reaktionen.