Von Massenprozenten zur Formel
Eine Elementaranalyse liefert, wie viel Prozent der Masse einer Probe auf Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff und weitere Elemente entfallen. Um daraus eine Formel zu machen, müssen die Massen in Stoffmengen umgerechnet werden, denn eine Formel zählt Atome, nicht Gramm. Dazu wird jeder Massenanteil durch die Atommasse des Elements geteilt.
Die so erhaltenen relativen Stoffmengen werden durch den kleinsten Wert dividiert. Ergeben sich ganze Zahlen, ist die Verhältnisformel gefunden. Kommen Werte wie 1,5 oder 1,33 heraus, multipliziert der Rechner alle Zahlen mit dem kleinsten Faktor, der ganze Zahlen liefert, also etwa mit 2 oder 3. Abweichungen bis 0,1 gelten als Messungenauigkeit.
Die Verhältnisformel gibt nur das kleinste ganzzahlige Atomverhältnis an. Formaldehyd, Essigsäure und Glucose haben alle die Verhältnisformel CH₂O. Erst die molare Masse, etwa aus der Massenspektrometrie, zeigt, wie oft diese Einheit im Molekül steckt. Ist sie bekannt, berechnet der Rechner den Faktor und die Molekülformel.
Tipps für Analyse und Auswertung
Sauerstoff wird bei der klassischen Verbrennungsanalyse oft nicht direkt gemessen, sondern als Differenz zu 100 Prozent bestimmt. Tragen Sie in diesem Fall den Rest als Sauerstoffanteil ein. Der Rechner prüft, ob die Summe der Anteile zwischen 90 und 110 Prozent liegt; größere Abweichungen deuten auf ein fehlendes Element oder einen Tippfehler hin.
Die Formel wird nach dem Hill-System geschrieben, wie es in Chemikalienkatalogen und Datenbanken üblich ist: Kohlenstoff zuerst, dann Wasserstoff, danach alle übrigen Elemente alphabetisch. Enthält die Verbindung keinen Kohlenstoff, stehen alle Elemente alphabetisch. Kochsalz erscheint deshalb als ClNa, Eisen(III)-oxid als Fe2O3.
Messwerte aus der Elementaranalyse haben typischerweise eine Unsicherheit von etwa 0,3 Prozentpunkten. Bei großen Molekülen kann das genügen, um zwei Formeln kaum unterscheidbar zu machen. Prüfen Sie dann rückwärts mit dem Massenanteil-Rechner, welche Kandidatenformel die gemessenen Prozente besser trifft. Die verwendeten Atommassen sind die konventionellen Werte der IUPAC.
Hydratwasser, Lösungsmittelreste und Verunreinigungen verfälschen die Zusammensetzung. Gut getrocknete, reine Proben sind deshalb Voraussetzung. Findet der Rechner auch mit Faktor 12 kein ganzzahliges Verhältnis, liegt meist ein Messfehler, ein fehlendes Element oder ein Gemisch vor.
Tipps und typische Fehler
Formeln bestimmen.
- Sauerstoff: Als Rest.
- Summe: Rund 100 %.
- Molmasse: Für Molekülformel.
- Probe: Trocken und rein.
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Häufige Fragen
Wie bestimme ich die Verhältnisformel aus Prozentangaben?
Prozente durch Atommassen teilen, durch den kleinsten Wert dividieren und auf ganze Zahlen bringen.
Was ist der Unterschied zwischen Verhältnis- und Molekülformel?
Die Verhältnisformel nennt das kleinste Atomverhältnis, die Molekülformel die tatsächliche Atomzahl im Molekül.
Was mache ich, wenn Sauerstoff nicht gemessen wurde?
Den Rest bis 100 Prozent als Sauerstoffanteil eintragen.
Was ist die Hill-Schreibweise?
C zuerst, dann H, danach die übrigen Elemente alphabetisch.
Warum ergeben sich Werte wie 1,5?
Dann muss das ganze Verhältnis mit 2 multipliziert werden.
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