Die Stöchiometrie beruht auf den Grundlagen der Mathematik und wird innerhalb der Naturwissenschaften als Hilfsmittel eingesetzt. Mit Hilfe der Stöchiometrie kann beispielsweise bei einer vorliegenden, chemischen Reaktionsgleichung die Mengenverhältnisse der eingesetzten und entstehenden Komponenten berechnet werden. Aufgrund dieser Berechnungen können Aussagen über die theoretischen Ausbeuten einer Reaktion gemacht und mit den praktischen Ausbeuten bei einer Synthese gemacht werden.

Beispiele der angewandten Stöchiometrie

Die Stöchiometrie ist die Grundlage zur Berechnung von

  • Mengenverhältnissen
  • Stoffmengen
  • Quantifizierung von qualitativen Reaktionensgleichungen
  • Ausbeuten
  • Umsatz

Die Stöchiometrie wird oft als chemisches Rechnen bezeichnet. Liegt eine chemische Reaktionsgleichung vor, können mit Hilfe der Stöchiometrie beispielsweise die molaren Mengen der einzelnen Komponenten berechnet werden. Damit sind bestimmte Größen mathematisch erfassbar und es lassen sich Aussagen über die Mengen, die Mengenverhältnisse sowie über den Stoffumsatz und die theoretische Ausbeute nach Berechnung vorhersagen. Der Vergleich mit den in der Praxis erzielten durchschnittlichen Ausbeuten lassen dabei auch Aussagen über noch zu optimierende Reaktionsschritte zu. Sie sind daher ein Indikator für die praktische Effizienz einer Reaktion.

Grundlagen der Stöchiometrie

In Stöchiometrie hilft dabei das Mengenverhältnisse der eingesetzten und entstehenden Komponenten zu berechnen.

In Stöchiometrie hilft dabei das Mengenverhältnisse der eingesetzten und entstehenden Komponenten zu berechnen.

Die Grundlage stöchiometrische Berechnungen beruht auf dem Satz von der Erhaltung der Massen (Massenerhaltungssatz), dem Gesetz über die multiplen sowie der konstanten Proportionen.

Der Anteil der einzelnen Komponenten bei einer Reaktionsgleichung wird durch die Verwendung von Koeffizienten gekennzeichnet. Koeffizienten mit dem Wert 1 werden aus Gründen der Übersichtlichkeit beim Schreiben weggelassen, wie man es auch bei den Binomialkoeffizienten her kennt.

Koeffizient – Ein dimensionsloses Verhältnis

Ein Koeffizient ist in der Naturwissenschaft meist eine dimensionslose Verhältniszahl, mit der Attribute definierter Stoffe beschrieben werden. Der Umkehrschluss ist dabei nicht zulässig, denn nicht jede dimensionslose Verhältniszahl ist immer ein Koeffizient.

Koeffizienten und Proportonalitäten

Beispiel für eine dimensionlose Zahl, die aber nicht als Koeffizient aufgefasst wird, ist die Reynolds-Zahl. Das Verhältnis bezieht sich meist auf einen Vergleich der Reynolds-Zahlen untereinander. Auch der Wärmeübergangskoeffizient fällt in diese Kategorie. Mit diesem Faktor wird die Intensität einer Wärmeüberleitung beim Oberflächenaus- und -eintritt an der sogenannten Grenzfläche beschrieben. Die Wärmeübergangskoeffizient ist eine spezifische Kennzahl für Material in einer definierten Umgebung. Änderungen an Material oder Umgebung bedingen andere Kennzahlen.

Die Reynolds-Zahl macht einen Vergleich unterschiedlicher Stoffe bezüglich des Strömungsverhaltens möglich. Die gleichen Reynoldszahlen von Stoffen sollen zu ähnlichen Ergebnissen hinsichtlich der Strömungsmechanik führen. Somit können Experimente mit den Naturphänomenen verglichen werden und Aussagen im Versuch mit den Verhältnissen in der Natur verglichen werden. 1883 formulierte Osborne Reynolds daraus sein Ähnlichkeitsgesetz. Es wird als Voläufer der sogenannten Ähnlichkeitstheorie gesehen.