Chemie · Klasse 8–9 · aktualisiert
Verhältnisformel bestimmen und verstehen
Bestimme kleinste Atomverhältnisse durch Kürzen oder aus Massen und Ionenverhältnisse durch Ladungsausgleich.
0 von 9 Aufgaben gelöst
Kurz gesagt
Eine Verhältnisformel nennt das kleinste ganzzahlige Verhältnis der Atome oder Ionen eines Stoffes. Aus C₆H₆ wird durch Kürzen CH; für ein Salz müssen sich die Ionenladungen insgesamt zu null ausgleichen.
Eine Verhältnisformel zeigt das kleinste ganzzahlige Zahlenverhältnis der beteiligten Atom- oder Ionensorten. Du kannst sie aus einer gegebenen Formel, aus Ionenladungen oder aus den Elementmassen einer reinen Verbindung bestimmen.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Die Elementsymbole nennen die beteiligten Atomsorten. Die kleinen tiefgestellten Indizes geben ihr Zahlenverhältnis an; eine 1 wird nicht geschrieben. In \ce{Cu2S} beträgt das Verhältnis von Kupfer zu Schwefel 2 : 1. Bei einem Salz bezeichnet die Formel das Verhältnis der Ionen im Gitter, kein einzelnes Molekül.
Eine Molekülformel nennt dagegen die tatsächliche Anzahl der Atome in einem Molekül. Sie kann ein Vielfaches der Verhältnisformel sein.
Definition
Verhältnisformel
Die Verhältnisformel gibt das kleinstmögliche ganzzahlige Verhältnis der beteiligten Atom- oder Ionensorten an. Sie verrät weder die räumliche Struktur noch bei molekularen Stoffen die tatsächliche Molekülgröße.
Beispiel
- 1Die Molekülformel \ce{C6H6} nennt sechs C- und sechs H-Atome.
- 2Kürze 6 : 6 zu 1 : 1.
- 3Die Verhältnisformel lautet CH; sie nennt keine Molekülgröße.
Teste dich
Um aus einer Molekülformel das kleinste Atomverhältnis zu finden, kürzt du alle Indizes vollständig durch ihren größten gemeinsamen Teiler. Bei \ce{H2O} sind die Indizes 2 und 1 nicht gemeinsam kürzbar. Molekül- und Verhältnisformel sehen hier gleich aus, sagen aber nicht dasselbe aus: Nur die Molekülformel nennt die Größe eines Moleküls. Die inneren Indizes einer geladenen Atomgruppe in einem Salz bleiben dagegen fest.
Beispiel: Aus der Molekülformel \ce{P4O10}
- 1Die Molekülformel lautet \ce{P4O10}; ihre Indizes sind 4 und 10.
- 2Der größte gemeinsame Teiler ist 2. Es gilt 4 : 2 = 2 und 10 : 2 = 5.
- 3Die vollständig gekürzte Verhältnisformel lautet P₂O₅.
Merke: Beim Atomverhältnis aus einer Molekülformel kürzt du alle Indizes mit demselben Teiler. Der Index 1 wird anschließend weggelassen.
Teste dich
Ein Salz ist insgesamt elektrisch neutral. Hier übst du den Ladungsausgleich zuerst mit einatomigen Ionen: Finde die kleinsten Ionenzahlen, bei denen positive und negative Ladungen zusammen null ergeben. Schreibe zuerst das positive Ion und dann das negative. Die Ladungszahlen werden nicht einfach als Indizes übernommen. Prüfe die Gesamtladung und kürze nur die Anzahlen ganzer Ionen, falls sie einen gemeinsamen Teiler haben.
Auch eine geladene Atomgruppe ist ein ganzes Ion. Bei \ce{Ca(NO3)2} gehören drei O-Atome fest zu jeder \ce{NO3-}-Gruppe. Zwei dieser Gruppen gleichen ein \ce{Ca^2+}-Ion aus. Die 3 in der Gruppe bleibt beim Bilden der Salzformel unverändert; die 2 hinter der Klammer zählt ganze Gruppen.
Beispiel: Calciumnitrid aus Ionenladungen
- 1Calciumionen sind \ce{Ca^2+}, Nitridionen \ce{N^3-}. Gesucht ist das kleinste neutrale Verhältnis.
- 2Das kleinste gemeinsame Vielfache der Ladungsbeträge 2 und 3 ist 6.
- 3Drei Calciumionen ergeben 3 · (+2) = +6; zwei Nitridionen ergeben 2 · (−3) = −6.
- 4Die Gesamtladung ist +6 + (−6) = 0. Das kleinste Verhältnis ist 3 : 2; die Formel lautet \ce{Ca3N2}.
Teste dich
Die Massenmethode gilt, wenn die Massen aller enthaltenen Elemente derselben reinen Verbindung bekannt sind. Ein Gemisch oder beliebige getrennte Stoffportionen reichen nicht. Ein Massenverhältnis ist noch kein Atomzahlenverhältnis, denn Atome verschiedener Elemente haben verschiedene Massen.
Eine Stoffmenge ist eine Zählportion von Teilchen. Ein mol ist eine feste Anzahl: 1 mol C-Atome und 1 mol H-Atome enthalten gleich viele Atome. Die molare Masse M sagt, wie viele Gramm ein mol der jeweiligen Atome wiegt. Mit den Schulwerten wiegen 1 mol C-Atome 12 g und 1 mol H-Atome 1 g. Deshalb enthalten 12 g C und 1 g H gleich viele Atome. n(\ce{C}) und n(\ce{H}) bezeichnen die Stoffmengen der jeweiligen Atome.
Teile für jedes Element seine Masse m in g durch seine molare Masse M in g/mol. Das Ergebnis n hat die Einheit mol. Vergleiche dann diese gleich großen Zählportionen und kürze ihr Verhältnis auf kleine ganze Zahlen.
n=\frac{m}{M}
Für Schulrechnungen gelten hier die gerundeten Werte C = 12 g/mol, H = 1 g/mol, N = 14 g/mol und O = 16 g/mol.
Beispiel: Aus Kohlenstoff- und Wasserstoffmassen
- 1Eine Probe einer reinen Verbindung enthält nur Kohlenstoff und Wasserstoff: 3 g C und 1 g H. Verwende die Schulwerte M(\ce{C})=12\,\mathrm{g/mol} und M(\ce{H})=1\,\mathrm{g/mol}.
- 2Für C: n(\ce{C})=\frac{3\,\mathrm g}{12\,\mathrm{g/mol}}=0{,}25\,\mathrm{mol}.
- 3Für H: n(\ce{H})=\frac{1\,\mathrm g}{1\,\mathrm{g/mol}}=1\,\mathrm{mol}.
- 4Teile beide Stoffmengen durch 0,25 mol. Weil jedes mol gleich viele Atome zählt, ergibt sich C : H = 1 : 4. Die Verhältnisformel lautet CH₄.
- 5Mit den genaueren Quellwerten M(\ce{C})=12{,}01\,\mathrm{g/mol} und M(\ce{H})=1{,}01\,\mathrm{g/mol} erhältst du ungefähr 0,25 mol C und 0,99 mol H. Das Verhältnis ergibt gerundet ebenfalls 1 : 4.
- 6Diese Massen belegen nur das kleinste Verhältnis. Ob CH₄ auch eine Molekülformel ist, folgt daraus allein nicht.
Merke: Erst Massen umrechnen, dann Stoffmengen vergleichen, das Verhältnis vollständig kürzen und die Formel schreiben.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Verhältnisformel
Aussage
kleinstes ganzzahliges Teilchenverhältnis
Lesen
Elementsymbole und Indices
Aus Molekülformel
alle Indices vollständig kürzen
Aus Ionenladungen
Gesamtladung null herstellen
Aus Massen
Bei einer reinen Verbindung alle Elementmassen mit n=m/M in Atomportionen umrechnen
Grenze
keine Struktur und keine sichere Molekülgröße
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Aus Stickstoff und Sauerstoff zur Formel
- 1Eine Probe einer reinen Verbindung enthält nur Stickstoff und Sauerstoff: 14 g N und 32 g O. Schulwerte: M(\ce{N})=14\,\mathrm{g/mol}, M(\ce{O})=16\,\mathrm{g/mol}.
- 2n(\ce{N})=\frac{14\,\mathrm g}{14\,\mathrm{g/mol}}=1\,\mathrm{mol}.
- 3n(\ce{O})=\frac{32\,\mathrm g}{16\,\mathrm{g/mol}}=2\,\mathrm{mol}.
- 4Je 1 mol zählt gleich viele Atome. Deshalb ist das kleinste Atomverhältnis N : O = 1 : 2; die Verhältnisformel lautet NO₂. Eine Molekülgröße folgt aus den Massen allein nicht.
Fehler finden
Aluminium und Sauerstoff: Finde den Fehler In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 4Die Indizes folgen aus den Stoffmengen 2 mol : 3 mol, nicht aus 54 g : 48 g. Die richtige Verhältnisformel lautet \ce{Al2O3}.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Eine Verhältnisformel nennt das ganzzahlige Atom- oder Ionenverhältnis. Für das Atomverhältnis aus einer Molekülformel teilst du Indizes durch denselben Teiler. Ein Salz muss insgesamt sein.
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback