Chemisches Rechnen

Dass Chemie ziemlich viel mit der Mathematik zu tun hat, merkt man spätestens dann, wenn man in der Schule im Chemieunterricht sitzt. Doch was rechnet man in der Chemie überhaupt? Und welche Kenntnisse aus dem Bereich der Mathematik helfen auch in Chemie weiter?

Welche Größen sind in der Chemie wichtig?

Wer in der Chemie rechnen möchte, muss drei Größen kennen: die Stoffmenge (n), die molare Masse (M) und die Konzentration (c). Die Stoffmenge gibt die Teilchenzahl einer Stoffportion an. Sie hat die Einheit „mol“. Ein Mol eines Stoffes enthält 6,022 × 10²³ Teilchen. Dieser Wert entspricht der sogenannten Avogadro-Konstante. Die Teilchenzahl bleibt bei jedem Stoff gleich – egal wie schwer er ist. Die molare Masse hingegen entspricht dem Gewicht der Stoffportion.

Wie rechnet man in der Chemie?

Wer das Molekulargewicht berechnen möchte, kann dies sehr schnell und einfach tun, indem er einen Blick in das Periodensystem (PSE) wirft. Hier wird bei jedem chemischen Element die relative Masse angegeben, die zur Berechnung der molaren Masse von Bedeutung ist. So steht bei dem Element Wasserstoff beispielsweise die Masse 1. Als molare Masse ausgedrückt sieht es folgendermaßen aus: M(H) = 1g/mol. In der Regel tritt Wasserstoff molekular auf – in Form von H₂. Die molare Masse von molekularem Wasserstoff ist M(H₂) = 2g/mol.

Diese Formel lässt sich auf jede Verbindung übertragen. Zur Berechnung sieht man einfach nach, aus welchen Elementen sie sich zusammensetzt. Das Periodensystem klärt den Rest: Hier sucht man die Massen heraus und addiert sie alle miteinander. Allerdings muss man dabei die Anzahl jedes Elements, das die Verbindung enthält, beachten.

Die Konzentration zeigt, wie viel Stoffmenge in einem Volumen (V) gelöst ist. Man spricht daher von einer Stoffmengenkonzentration. Die Einheit dafür ist mol/L. Man berechnet die Konzentration also, indem man den Wert für die Stoffmenge durch das Volumen teilt.

Man sieht also: Für die Chemie benötigt man viele Formeln und muss Terme berechnen. Was ist ein Term? Darunter versteht man Rechnungen, die Variablen enthalten. Immerhin gilt es in der Chemie komplexe Sachverhalte zu berechnen und stupide Formeln aufzulösen. Die hier aufgeführten Berechnungen werden in der Chemie übrigens als Stöchiometrie bezeichnet.

Siehe auch: Konzentrationen berechnen und Mischungskreuz.

Höhere Mathematik

Natürlich bedient sich die Chemie als exakte Wissenschaft auch komplizierteren Berechnungsmethoden, gerade im Bereich der Atomtheorie und der Technischen Chemie zur Berechnung von Reaktionsaubeuten, physikalischen Parametern etc. Grundlagen hierzu werden den Chemie-StudentInnen in Grundlagenkursen zur Mathematik für ChemikerInnen vermittelt. Und es gibt für diesen Bereich eine Vielzahl von Formelsammlungen. Die Entwicklung spezieller Berechnungsroutinen ist das Aufgabenfeld der Computerchemie und der Chemoinformatik.

Siehe auch: Wo ist die neue wissenschaftliche Generation? - Ressourcen und Wissen nutzen.

Letzte Änderung am 23. Juli 2022.

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