Massen – und Volumenverhaltnisse bei chemischen Reaktionen

0.2.1 Massenverhaltnisse bei chemischen Reaktionen

Chemische Prozesse werden durch stochiometrische Umsatzgleichungen, die sogenannten Reaktionsgleichungen, beschrieben. Die auf der linken Seite der Gleichung stehenden Formeln der Ausgangsstoffe (Edukte) werden mit den rechts stehenden Formeln der Reak- tionsprodukte durch einen, die Richtung des Reaktionsablaufes kennzeichnenden Pfeil verbunden. Eine chemische Reaktionsgleichung besitzt einen qualitativen und einen quan – titativen Aspekt. Die qualitative Aussage bezieht sich auf die Art der reagierenden Atome bzw. Molekiile, die quantitative Aussage findet in dem 1774 von Lavoisier formulierten grundlegenden Gesetz der Erhaltung der Masse ihren Niederschlag.

Bei einer chemischen Reaktion ist die Gesamtmasse der Ausgangsstoffe gleich der

alter Reaktionsprodukte.

Eine weitere quantitative GesetzmaBigkeit, die sich mit den Massenverhaltnissen beschaf – tigt in denen chemische Elemente miteinander reagieren, wurde 1797 von Proust erkannt:

Verbinden sich zwei oder mehrere Elemente miteinander, so erfolgt dies in einem

konstanten Massenverhaltnis (Gesetz der konstanten Proportionen).

1 g Kohlenstoff verbindet sich stets mit 2,67 g Sauerstoff zu Kohlendioxid (C02) und nicht mit einer davon abweichenden Menge (z. B. 6 g Sauerstoff).

Die Erweiterung dieses Gesetzes auf den Fall, dass zwei Elemente nicht nur eine, sondem mehrere Verbindungen miteinander bilden, erfolgte durch Dalton (1803):

Bilden zwei Elemente mehrere Verbindungen miteinander, so stehen die Massen des einen Elements, die sich jeweils mit der gleichen Masse des anderen Elements verbinden, zueinander im Verhaltnis kleiner ganzer Zahlen (Gesetz der multiplen Proportionen).

Tab. 1.2 zeigt den im Gesetz der multiplen Proportionen formulierten Zusammenhang am Beispiel der Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen.

Tabelle 1.2 Massenverhaltnisse in verschiedenen Stickstoffoxiden

Verbindung

% N

%o

N:

О

n2o

63,65

36,35

1 :

0,571 =

1

■ 0,571 )

NO

46,68

53,32

1 :

1,142 =

1

(2

’ 0,571 )

n2o3

36,85

63,15

1 :

1,714 =

1

(3

’ 0,571 )

no2

30,45

69,55

1 :

2,284 =

1

(4

• 0,571 )

n205

25,94

74,06

1 :

2,855 =

1

(5

’ 0,571 )

Die vorstehend aufgefuhrten GesetzmaBigkeiten fanden ihre einfache atomtheoretische Erklarung in der 1808 entwickelten Atomhypothese von Dalton (Dalton-Theorie):

1. Chemische Elemente bestehen aus kleinsten Teilchen, den Atomen.

2. Atome konnen weder geschaffen noch vemichtet werden.

3. Die Atome eines chemischen Elements sind identisch und besitzen die gleiche Masse. Demzufolge besitzen Atome verschiedener Elemente unterschiedliche Massen.

4. Die Vereinigung der Atome zu einer Verbindung erfolgt im Verhaltnis einfacher gan­zer Zahlen.

Wahrend die ersten beiden Postulate das Gesetz von der Erhaltung der Masse beinhalten, widerspiegeln die Postulate (3) und (4) die Gesetze der konstanten und der multiplen Pro­portionen. Die beiden letzten Postulate wurden in der Zeit nach Dalton relativiert (s. Isoto – pie, nichtdaltonoide Verbindungen).