Stoffmengenveränderungen

Stoffmengenveränderungen bezeichnet Veränderungen der Stoffmenge eines oder mehrerer Stoffe in einem System infolge chemischer oder physikalischer Prozesse. Im Chemieunterricht richtet sich der Blick vor allem auf chemische Reaktionen, bei denen Edukte in Produkte umgewandelt werden.

Die Größe der Stoffmenge n wird in Mol gemessen. Bei einer Reaktion mit der stöchiometrischen Gleichung ν_A A + ν_B B → ν_C C + ν_D D ändert sich die Stoffmenge jedes Stoffes entsprechend dem Reaktionsfortschritt ξ nach dem Gesetz Δn_i = ν_i · ξ. Reaktanten besitzen negative Koeffizienten, Produkte positive Koeffizienten. Der Reaktionsfortschritt gibt an, wie viel der Reaktion insgesamt durchgeführt wurde.

Der maximale Reaktionsfortschritt ξ_max ergibt sich aus den Anfangs mengen und den Koeffizienten und entspricht dem Verbrauch des am wenigsten vorhandenen Reaktanten (Grenzreagens). Hat man zum Beispiel Startmengen n_A0, n_B0, so gilt ξ_max = min(n_A0/|ν_A|, n_B0/|ν_B|, …). Nach Erreichen von ξ_max bleiben ggf. Überschussmengen eines Reaktanten übrig, während der Reaktionsverlauf stoppt.

In einem abgeschlossenen System bleibt die Masse erhalten; die Gesamtsumme der Stoffmengen kann sich durch Umwandlungen ändern, während die Gesamtmasse konstant bleibt. In Gasgemischen gilt bei gleichen Temperaturen und Drücken oft, dass Volumenänderungen direkt mit Änderungen der Stoffmengen zusammenhängen (Avogadros Gesetz).

Beispiel: 2 H2 + O2 → 2 H2O. Startet man mit 3 Mol H2 und 2 Mol O2, ist H2 der Grenzreagant. ξ_max = 1,5. Das ergibt 0 Mol H2, 0,5 Mol O2 und 3 Mol H2O. Stoffmengenveränderungen ermöglichen die Vorhersage von Ausbeuten, Umsetzungen und Restmengen in Reaktionen.