Empirische und molekulare Formeln — Chemie, 14–17 Jahre
Wie Messungen das einfachste Zahlenverhältnis der Atome in einem Stoff zeigen und wie daraus die tatsächliche Molekülformel entsteht.
Das einfachste Atomverhältnis
Eine chemische Formel kann das kleinste ganzzahlige Verhältnis der Atome in einer Verbindung zeigen. Das ist die empirische Formel: Glucose hat zum Beispiel das einfachste Verhältnis CH₂O, obwohl jedes Glucosemolekül tatsächlich C₆H₁₂O₆ ist. Die Molekülformel zeigt, wie viele vollständige Gruppen dieses Verhältnisses ein Molekül enthält.
Warum das Verhältnis kürzen?
Chemiker messen meist die Masse einer Probe, nicht die einzelnen Atome. Teilt man die Masse jedes Elements durch seine Atommasse, erhält man einen Vergleich der Teilchenmengen, aber die ersten Werte sind nicht immer ganze Zahlen. Durch Kürzen auf das kleinste ganzzahlige Verhältnis entsteht eine Formel, die man mit anderen Stoffen und der Molekülmasse vergleichen kann.
Beispiel: ein Oxid
Eine Verbindung enthält 2,4 g Magnesium und 1,6 g Sauerstoff. Schritt 1: Durch die relativen Atommassen teilen: 2,4 ÷ 24 = 0,10 mol Mg und 1,6 ÷ 16 = 0,10 mol O. Schritt 2: Beide Werte durch den kleineren teilen; es ergibt sich 1:1. Die empirische Formel ist MgO. Wäre die Molekülmasse 80, wäre die Molekülformel das Doppelte, also Mg₂O₂.
Die verlockende Dezimalzahl
Ein häufiger Fehler ist, einen Dezimalindex direkt zu schreiben, etwa C₁,₅H₃O. Das wirkt verständlich, weil sich Messwerte selten glatt teilen lassen, aber Atome kommen in ganzen Anzahlen vor. Multipliziere alle Verhältnisse mit derselben kleinen Zahl – hier mit 2 –, damit aus 1,5 die 3 wird: C₃H₆O₂. Prüfe danach, dass man die Zahlen nicht weiter kürzen kann.
Von der Analyse zur Identifizierung
Laboratorien verwenden gemessene Prozentanteile, um die Formel eines unbekannten Materials zu bestimmen. Das hilft bei der Identifizierung von Mineralien, Arzneimitteln und Stoffen aus Umweltproben. Die Formel zeigt zwar nicht die gesamte Form eines Moleküls, liefert aber einen festen Ausgangspunkt: welche Elemente vorkommen und in welchem einfachsten Verhältnis.
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