Stöchiometrische Zahl

Bedeutung und Vorzeichen

Stöchiometrische Zahlen, auch stöchiometrische Koeffizienten oder Stöchiometriezahlen, haben das Formelzeichen ν (ny). Sie geben an, in welchen Stoffmengenverhältnissen Stoffe bei einer chemischen Reaktion umgesetzt werden.

Für Produkte sind sie positiv, für Reaktanden negativ. In einer Reaktionsgleichung wird jedoch nur ihr Betrag geschrieben; der Faktor 1 wird meist weggelassen. Allgemein stehen daher die Beträge der stöchiometrischen Zahlen vor den Formeln der Reaktanden und Produkte.

Bei 4 Fe + 3 O₂ → 2 Fe₂O₃ gilt beispielsweise: ν(Fe₂O₃) = +2, ν(Fe) = −4 und ν(O₂) = −3. Verhältnisse stöchiometrischer Zahlen ohne Vorzeichen heißen oft Stöchiometriefaktoren.

Abhängigkeit von der Gleichungsformulierung

Die stöchiometrischen Zahlen einer Reaktionsgleichung dürfen mit beliebigen rationalen Zahlen multipliziert werden, solange ihre Verhältnisse gleich bleiben. Deshalb beschreibt auch 2 Fe + 3/2 O₂ → Fe₂O₃ dieselbe Stöchiometrie wie die Gleichung mit 4, 3 und 2. In beiden Fällen beträgt das Verhältnis der gebildeten Stoffmenge Eisenoxid zur umgesetzten Stoffmenge Eisen 1/2, obwohl die einzelnen Stöchiometriezahlen verschieden sind.

Die Kardinalgleichung verwendet ganze Stöchiometriekoeffizienten ohne gemeinsamen Teiler, also das kleinste ganzzahlige Verhältnis. Ihre stöchiometrischen Zahlen sind bis auf die Vorzeichen eindeutig. Werden alle Vorzeichen umgekehrt, beschreibt dies die Rückreaktion.

In stöchiometrischen Rechnungen zählen nur die Verhältnisse der stöchiometrischen Zahlen; die gewählte Formulierung der Gleichung ist dann unwichtig. Bei Gleichgewichtskonstanten werden dagegen die stöchiometrischen Zahlen selbst verwendet: Eine Verdopplung führt zur Quadrierung der Gleichgewichtskonstanten, eine Umkehrung der Vorzeichen zu ihrem Reziproken. Wenn stöchiometrische Zahlen nicht nur als Verhältnis genutzt werden, muss daher die Reaktionsgleichung angegeben sein, damit die berechneten Größen interpretierbar sind.