Chemie & Biologie

Verhältnisformel und Molekülformel bestimmen

Wählen Sie bis zu vier Elemente und tragen Sie deren Massenanteile aus der Elementaranalyse ein. Mit der molaren Masse der Verbindung ermittelt der Rechner zusätzlich die Molekülformel.

Zusammensetzung der Verbindung
0 eintragen, wenn das Element nicht vorkommt.
0 eintragen, wenn das Element nicht vorkommt.
0, wenn unbekannt; dann wird nur die Verhältnisformel bestimmt.
Ergebnis

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.

n (Element)=MassenanteilAtommasse; Verha¨ltnis=n⋅fn (min) , mit kleinstem f , das ganze Zahlen liefert; Moleku¨lformel=Verha¨ltnisformel×(MM (Verha¨ltnisformel))n\,\left(\text{Element}\right) = \frac{\text{Massenanteil}}{\text{Atommasse}};\ \text{Verhältnis} = \frac{n \cdot f}{n\,\left(\text{min}\right)}\,{,}\ \quad \text{mit}\ \text{kleinstem f}\,{,}\ \text{das ganze Zahlen liefert};\ \text{Molekülformel} = \text{Verhältnisformel} \times \left(\frac{M}{M\,\left(\text{Verhältnisformel}\right)}\right)

Beispiel: Eine Verbindung enthält 40,00 % C, 6,71 % H und 53,29 % O. Je 100 g sind das 40,00 ÷ 12,011 = 3,330 mol C, 6,71 ÷ 1,008 = 6,657 mol H und 53,29 ÷ 15,999 = 3,331 mol O. Geteilt durch 3,330 ergibt sich 1,00 : 2,00 : 1,00, also CH2O mit 30,026 g/mol. Bei einer molaren Masse von 180,16 g/mol ist der Faktor 6, die Molekülformel lautet C6H12O6 (Glucose).

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.

Auch gesucht als:
  • Verhältnisformel berechnen
  • empirische Formel berechnen
  • Summenformel aus Massenanteilen
  • Molekülformel bestimmen
  • Elementaranalyse auswerten
  • Formel aus Prozent berechnen
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