Elementanteile

Elementanteile bezeichnet in der Chemie und Materialwissenschaften die relativen Anteile der einzelnen Elemente in einer Substanz. Sie geben an, wie viel Prozent der Masse bzw. wie viel Anteil der Atome jedes Elements in der Verbindung ausmachen. Üblicherweise werden zwei Darstellungsformen verwendet: Massenanteile, gemessen oder berechnet als prozentualer Anteil der Gesamtmasse, und Molenanteile, gemessen als Anteil der Stoffmenge der jeweiligen Elemente an der Gesamtstoffmenge. Die Summe der Massenanteile beträgt 100 Prozent, die Summe der Molenanteile ergibt 1 (oder ebenfalls 100 Prozent, je nach Darstellung).

Berechnung: Der Massenanteil eines Elements i wird definiert als w_i = m_i / m_total, multipliziert mit 100%. Der Molenanteil wird definiert als y_i = n_i / n_total, wobei n_i die Stoffmenge des Elements i ist. Für eine Verbindung mit empirischer Formel ergeben sich die Massenanteile aus den Atomgewichten und der Zahl der Atome pro Formelunit; die Molenanteile ergeben sich entsprechend aus der Anzahl der Atome im Verhältnis zueinander.

Bestimmung: Elementanteile lassen sich durch verschiedene Analysen ermitteln. CHN-Analytik bestimmt häufig Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff und optional Sauerstoff in organischen Verbindungen. X-Ray-Fluoreszenz (XRF) liefert die Gesamtelemente in einer Probe. Induktiv gekoppelte Plasma-Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES) oder Massenspektrometrie (ICP-MS) quantifizieren auch Spuren-Elemente. Aus den gemessenen Werten werden Massen- oder Molanteile berechnet.

Anwendungen: Elementanteile sind grundlegend für die Bestimmung der Reinheit, der Formulierung, der Stoichiometrie und der Materialeigenschaften. Sie finden Anwendung in der Chemie, Pharmacie, Materialwissenschaft, Geologie und Umweltanalytik.

Beispiele: Wasser (H2O) hat Massanteile H ≈ 11,19% und O ≈ 88,81%; Molenanteile H ≈ 2/3, O ≈ 1/3. Natriumchlorid (NaCl) besitzt Massenanteile Na ≈ 39,3% und Cl ≈ 60,7%; Molenanteile Na ≈ 0,5 und Cl ≈ 0,5.