Massen an chemischen Reaktionen

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Voraussetzung für das Verständnis dieses Artikels ist die Kenntnis der folgenden Grundgesetze der Chemie:
Gesetz von der Erhaltung der Masse
Gesetz der konstanten Proportionen
Gesetz der multiplen Proportionen

Betrachten wir nun die Massenverhältnisse bei chemischen Reaktionen.
Reagiert Eisen (Fe) mit Schwefel (S) , so entsteht Eisensulfid (FeS).

Hier reagieren 1mol Eisen und 1 mol Schwefel zu 1 mol Eisensulfid.

Es gilt lt. Masseerhaltungsgesetz:
Die Masse der Ausgangsstoffe ist gleich der Masse der Reaktionsprodukte!

Die eingesetzten 88g Eisen und Schwefel ergeben 88g Produkt Eisensulfid.
Halbierte man die eingesetzten Massen, so entstünde auch nur halb so viel des Produkts.

Plant man nun nur einen Teil der theoretischen Masse einzusetzen,
so erhält man auch nur einen Anteil der entstehenden Produktmasse.

Welche Masse Eisensulfid entsteht , wenn man nur 10g Eisen einsetzt?

Der Schwefel spielt keine Rolle mehr…

Es entsteht eine Verhältnisgleichung für Eisen und Eisensulfid!

Nach Umstellung nach x ergibt sich…

x = 15,714g

Antwortsatz:
Es entstehen also 15,4g Eisensulfid, wenn man 10g Eisen einsetzt.

Die Masse Schwefel, die einzusetzen ist, errechnet sich auf die gleiche Weise.

Ein weiteres Beispiel:

Reagieren Eisenoxid und Kohlenstoff miteinander, so entsteht Eisen und gasförmiges Kohlenstoffdioxid.
Dies geschieht in den hier dargestellten Verhältnissen:

2 mol Eisenoxid reagieren mit 3 mol Kohlenstoff zu 4 mol Eisen und 3 mol Kohlenstoffdioxid

Die einzusetzenden Massen betragen demnach…

Die Koeffizienten vor den Formeln zeigen, dass ein doppelter oder gar dreifacher Anteil des Stoffes eingesetzt werden muss.

Welche Masse Eisenoxid ist einzusetzen, wenn man 10 kg Eisen produzieren will?

Nun ist nur noch das Verhältnis zwischen Eisenoxid und Eisen interessant…

Dafür ergibt sich die Rechenvorschrift:

Die Einheit Gramm (g)kann man kürzen, so bleibt nur die Einheit Kilogramm (kg) übrig!

Antwortsatz:
Man muss also 14,286kg Eisenoxid einsetzen, um 120kg Eisen zu produzieren.

weitere Übungsaufgaben

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Werkstoffe

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Die Nutzung der Werkstoffe zieht sich durch die gesamte Geschichte der Menschheit. Wir nutzen Holz und Stein für die frühesten Werkzeuge (Faustkeile, Schaufeln, Werkzeuge für die Feldarbeit , Hammer, usw.) und Nutzstücke (Körbe, Töpfe, Waffen, usw.). Der erste künstlich hergestellte Werkstoff war die Keramik, die wir seit 8000 Jahren verwenden. Metalle wurden anfangs nur in der gediegenen Form verwendet, in der sie auf der Erdoberfläche gefunden wurden.

Heute sind die Auswahlmöglichkeiten schier unbegrenzt. Rohre werden beispielsweise aus Keramik, Beton, Stahl, aus verschiedenen Metallen wie Kupfer oder Aluminium, aus Bambus, Glas, verschiedenen Kunststoffen oder Gummi angeboten.
Nach welchen Kriterien sucht man da aus?

Die heute genutzten Werkstoffe stammen von Naturstoffen, deren Verfügbarkeit unsere Lebensqualität bestimmt. So sind die Werkstoffe, die aus Erz oder Erdöl hergestellt werden, nicht unendlich verfügbar. Wir müssen sparsam mit ihnen umgehen und uns zeitnah Ersatzstoffe bereitstellen. Recycling spielt in der Werkstoffnutzung eine große Rolle.

Der verantwortungsvolle Umgang mit den Ressourcen unseres Planeten ist für die Erhaltung unseres Lebens-standards unabdingbar. Die Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen muss die Technik der Zukunft sein!

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Bindungsanalysen

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Die chemische Bindung

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Warum sind manche Stoffe fest und andere gasförmig oder flüssig? Weshalb zeigen manche Stoffe ein Farbigkeit, während andere farblos erscheinen? Warum reagieren bestimmte Stoffe miteinander und andere kann man zusammen lagern, ohne dass Interaktionen geschehen? Wasser ist ein gutes Lösungsmittel, aber nicht für alle Stoffe. Wieso?
Die Antworten auf diese Fragen kann man mit chemischen Bindung erklären, die den beteiligten Teilchen zu Grunde liegt! Sie bestimmt das chemische Verhalten, stoffliche Zustände und die äußere Erscheinung der Stoffe.

Chemische Bindungen beruhen auf der Annäherung von Atomen. Die dabei gewonnene Nähe führt zur unmittelbaren Anziehung von unterschiedlichen Ladungen. Kerne ziehen Elektronen anderer Atome ebenso an, wie ihre eigenen Elektronen. Die Außenelektronen fremder Atome sind dabei am meisten beeinflussbar.

Nach der Annäherung kommt es zur Durchdringung der Atomhüllen und damit zur Ausbildung von gemeinsamen Bereichen. Dort gibt es keine Zugehörigkeit von Elektronen zu ihrem Kern mehr. Die Elektronen – immer zwei – werden nun gemeinschaftlich genutzt. Es bilden sich gemeinsame „Elektronenpaare“ aus. Es entsteht die Elektronenpaarbindung oder Atombindung.

Nähern sich zwei Partner mit unterschiedlichen Anziehungskräften (EN -Werten), so entsteht eine polare Atombindung. Hier werden die Elektronen des schwächeren Partners (kleinerer EN Wert) stärker vereinnahmt und es entstehen Moleküle mit nach außen wirkenden Ladungsbereichen. Dies hat auf Löslichkeiten und den Aggregatzustand Auswirkungen.

Bei zu hoher Anziehungskraft eines Partners – Elektronegativität – können die Außenelektronen auch vollständig in die Hülle des stärkeren Atoms wechseln. Es entsteht dann Ionen. Diese Bindungsart nennt man Ionenbeziehung.
Unterscheiden sich zwei Atomarten in ihrer Elektronegativität (EN) um 1,7 oder mehr, so ist die Ionenbildung sehr wahrscheinlich. Bei Natrium (EN= 0,9) und Chlor (EN=3,0) beträgt der Unterschied 2,1. Wir kennen die Verbindung von Natrium und Chlor als Natriumchlorid, dem Kochsalz.

Weitere Bindungsanalysen

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