Atomgewichtstabelle *)

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1 Atomgewichtstabelle *) Aluminium Al 27,0 Mangan Mn 54,9 Antimon Sb 121,8 Molybdän Mo 95,9 Arsen As 74,9 Natrium Na 23,0 Barium. Ba 137,3 Nickel Ni 58,7 Beryllium Be 9,0 Palladium Pd 106,4 Blei Pb 207,2 Phosphor. p 31,0 Bor B 10,8 Platin Pt 195,1 Brom Br 79,9 Quecksilber Hg 200,6 Cadmium. Cd 112,4 Sauerstoff 0 16,0 Calcium Ca 40,1 Schwefel s 32,1 Cer. Ce 140,1 Silber Ag 107,9 Chlor Cl 35,5 Silicium Si 28,1 Chrom Cr 52,0 Stickstoff. N 14,0 Eisen. Fe 55,8 Strontium Sr 87,6 Fluor. F 19,0 Thallium Tl 204,4 Gold. Au 197,0 Titan. Ti 47,9 Jod J 126,9 Uran u 238,0 Kalium. K 39,1 Vanadium V 50,9 Kobalt. Co 58,9 Wasserstoft H 1,008 Kohlenstoff. c 12,0 Wismut Bi 209,0 Kupfer. Cu 63,5 Zink Zn 65,4 Lithium Li 6,9 Zinn Sn 118,7 Magnesium Mg 24,3 *) Enthältmiteiner Ausnahme (Wasserstoff) die auf eine Dezimale abgekürzten Werte der Atomgewichte der häufigsten Elemente, die bei der Berechnung der im Buch enthaltenen Aufgaben benutzt wurden.

2 EINFÜHRUNG IN DIE STÖCHIOMETRIE VON DR. PAUL NYLEN Professor emeritus an der Technischen Hochschule, Stockholm UND DR. NILS WIGREN Ehemaliger Rektor am Staatlichen Gymnasium in Visby, Schweden 13./15. durchgesehene Auflage Mit über 600 entwickelten Beispielen und Übungsaufgaben nebst Lösungen SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG GMBH 1969

3 Dieses Buch ist die deutsche Übersetzung der 3. und 14. Auflage der Veröffentlichung,.Kemiska Räkneuppgifter" aus dem Schwedischen von Paul Nylen und Nils Wigren Copyright 1941, 1952, 1958, 1960, 1964, 1966, 1969 by Paul Nyien and Nils Wigren Ursprünglich erschienen bei Steinkopff-Verlag Darmstadt 1969 ISBN ISBN (ebook) DOI / Alle Rechte vorbehalten Von diesem Buche sind erschienen: 14 schwedische Auflagen 15 deutsche Auflagen 9 italienische Auflagen 8 spanische Auflagen 1 jugoslawische Auflage (vergriffen) Gesamtherstellung: Universitätsdruckerei Mainz GmbH

4 Vorwort zur 11. und 12. Auflage Die erste Auflage dieses Buches erschien 1928 und wurde zusammengestellt, um dem Bedürfnis der Studierenden an den Hochschulen und technischen Lehranstalten in Schweden nach einer rationellen Einführung in die Stöchiometrie entgegenzukommen, sowie um zugleich die knappe Anzahl instruktiver chemischer Rechenaufgaben in den üblichen Lehrbüchern zu vermehren. Seitdem sind 14 schwedische Auflagen erschienen. Das Buch ist auch in vier kontinentaleuropäische Sprachen übersetzt worden und hat ebenfalls in drei von diesen Sprachen viele Auflagen erlebt. Das Buch hat sich anscheinend nicht nur für die Studierenden an den Universitäten und technischen Schulen verwertbar gezeigt, sond~rn auch für Schüler an Oberschulen, für Pharmazeuten, Chemotechniker, Laboranten der chemischen Industrie usw. Die Verfasser waren immer bestrebt, in den Neuauflagen der Entwicklung der Chemie Rechnung zu tragen. Demzufolge sind nahezu alle Kapitel entweder neubearbeitet oder erweitert und verbessert worden. Die letzten Auflagen wurden dazu durch zwei neue Kapitel erweitert, und zwar über "Chemische Kinetik" und "Kernchemie". In der vorliegenden 11./12. Auflage hat Kapitell2 (früher 14) über das chemische Gleichgewicht eine erhebliche Umgestaltung erfahren. Einzelne Zusätze und Änderungen wurden u. a. in der Einleitung, in Kapitell und 4 vorgenommen. Jedes Kapitel beginnt mit einer Zusammenfassung derjenigen Begriffe und Gesetze, auf welche sich die Lösung der zum Kapitel gehörenden Aufgaben bezieht. In einigen Kapiteln, wie u. a. "Gasgesetze", "Osmotischer Druck", "Chemisches Gleichgewicht", "Elektrochemie", "Thermochemie", "Chemische Kinetik", hielten wir es für angezeigt, die Darstellung für den rechentechnischen Gebrauch besser passend zu gestalten als in den gebräuchlichen Lehrbüchern. Die Begriffe Mol und Grammäquivalent werden durchgehend in den Vordergrund gestellt. In Kapitel 9 über Maßanalyse findet sich eine sinngemäße, der Definition des Begriffes Grammäquivalent angepaßte Methode zur Lösung maßanalytischer Aufgaben, und es ist deshalb den Anweisungen zur Bestimmung von Äquivalentgewichten ein ziemlich großer Raum gewidmet worden.

5 IV Vorwort Typische Beispiele mit vollständiger Lösung finden sich in den ersten 12 Kapiteln und in Kapitel 14 "Thermochemie". In den drei übrigen Kapiteln sind manche Aufgaben mehr oder weniger ausführlich in "Antworten und Anweisungen" gelöst. Aufgaben, die in diesen Abschnitten nichtgelöst sind, werden, wenn nötig, mitkurzen Erläuterungen versehen. Die Aufgaben sind mittels vierstelliger Logarithmen ausgerechnet. Eine vierstellige Logarithmentafel ist dem Buche am Schlusse beigefügt. Die Vereinbarungen der Internationalen Union für reine und angewandte Chemie (IUPAC) bezüglich Symbole und Abkürzungen für chemische und physikalisch-chemische Größen und Einheiten sind mit wenigen Ausnahmen berücksichtigt worden. In manchen Kapiteln finden sich ziemlich viele Aufgaben. Es ist damit keineswegs beabsichtigt, daß der Studierende alle oder auch nur einen größeren Teil der Rechenaufgaben durchrechnen sollte. Unseres Erachtens genügt es, wenn er sich auf die Anwendung der stöchiometrischen Methoden und Gesetze durch Übung an ausgewählten Aufgaben beschränkt. Um die Auswahl zu erleichtern, haben wir Aufgaben des gleichen Typus nebeneinander zu stellen versucht. Abschnitte mit Aufgaben desselben Typus sind voneinander mit drei Sternchen getrennt. Wenn der Abschnitt eine größere Anzahl Aufgaben umfaßt, haben wir möglichst die Aufgaben nach dem Grade steigender Schwierigkeit geordnet. Uppsala und Linköping, im Sommer 1965 Die Verfasser Vorwort zur Auflage In der vorliegenden Neuauflage wurde der Text vollständig durchgesehen und stilistisch verbessert, Beispiele, Aufgaben und Lösungen wurden überarbeitet. An einigen Stellen wurde durch Ergänzungen oder kleine Änderungen das Verständnis des behandelten Stoffes erleichtert. Der Begriff Grammatom wurde nur in der Einleitung erwähnt, im folgenden Text wurde durchgehend der Begriff Mol in seinem erweiterten Sinne verwendet. Die Dimensionen von Gleichgewichtskonstanten sowie anderen Größen wurden in den meisten Fällen angegeben. Uppsala und Linköping, Januar 1969 Die Verfasser

6 Inhaltsverzeichnis Atomgewichtstabelle (auf der Innenseite des Umschlags) Vorwort zur 11./12. Auflage..... Vorwort zur 13./15. Auflage... Abkürzungen und Zeichenerklärungen.. III. IV.VII Einleitung Drei Grundgesetze der Stöchiometrie 1-Empirische Formel und Molekularformel 2 - Einige Definitionen 3 Kap. 1. Aufstellung chemischer Reaktionsgleichungen. 9 Kap. 2. Berechnung der Gewichtsmengen in einer Verbindung aus der chemischen Formel Kap. 3. Berechnung der empirischen Formel einer chemischen Verbindung Kap. 4. Berechnung der Gewichtsmengen bei chemischen Umsetzungen 36 Kap. 5. Die Gasgesetze Gasgemische 50 - Thermische Dissoziation 53 Kap. 6. Das Volumen der Gase bei chemischen Umsetzungen Kap. 7. A.'quivalent- und Atomgewichte der Elemente Äquivalentgewicht 72- Atomgewicht Kap. 8. Der Gehalt von Lösungen Gewichtsprozent 79 - Volumprozent 79 - Molarität 80 - Molalität 80- Normalität 80- Molenbruch Kap. 9. Maßanalyse (Volumetrie) Neutralisationsmethoden 87- Redoxmethoden 88 Kap. 10. Osmotischer Druck Dampfdruckerniedrigung Siedepunkterhöhung Gefrierpunkterniedrigung Elektrolytische Dissoziation 104

7 VI Inhaltsverzeichnis Kap. 11. Elementaranalyse ll1 Kap.12. Das chemische Gleichgewicht Gleichgewicht in gasförmigen Systemen ll8 ll9 Gleichgewicht in heterogenen Systemen 123 Gleichgewicht von Elektrolyten Aktivität in Elektrolytlösungen 124- Der Säure-Basen-Begriff 127- Das Ionenprodukt des Wassers und die ph-skala 131- Säure- und Basenkonstanten OsTWALDS Verdünnungsgesetz Die Protolyse mehrwertiger Säuren Pufferlösungen Löslichkeitsprodukte Auflösen von Elektrolyten durch Komplexbildung 147 Verteilungssatz 149 Elektrolytische Leit Kap.13. Elektrochemie Faradays elektrolytisches Gesetz fähigkeit 159- Überführungszahl Redoxpotentiale 168 Elektrodenpotentiale 158 Kap. 14. Thermochemie Die Reaktionswärme bei konstantem Volumen Die Reaktionswärme bei konstantem Druck 182- Verschiebung des Gleichgewichts bei Temperaturänderung 186 Kap. 15. Chemische Kinetik Reaktionen erster Ordnung Reaktionen zweiter Ordnung Die Kinetik im reversiblen System 195 Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit 196 Kap. 16. Kernchemie Isotope 202- Spontane Kernreaktionen (Radioaktivität) Induzierte Kernreaktionen EINSTEINsehe Masse-Energie Beziehung 207 Antworten und Anweisungen. Sachverzeichnis..... Vierstellige Logarithmentafel

8 Abkürzungen und Zeichenerklärungen Die Zahlen weisen auf die Seiten hin, wo das betreffende Zeichen in der angegebenen Bedeutung erläutert wird. g mg kg ml Mol mol g-atom Val val cal kcal =Gramm = Milligramm = Kilogramm = Milliliter (1 ml = 0,001 Liter) = Liter (1 l = 1 dm3 exakt) = Grammolekül (Zur Beachtung: Diese Abkürzung ist ohne Punkt zu schreiben, Mol.- mit Punkt- ist die Abkürzung für Molekül), 4 = Einheitszeichen für Mol (kleines m ohne Punkt), 4 = Grammatom, 4 = Grammäquivalent, 72, 87 = Einheitszeichen für Grammäquivalent, 87 = Kalorie (früher Grammkalorie), 180 = Kilokalorie (Kilogrammkalorie), 180 A c, c e E F g = Aktivität, 106, 125 = Atomgewicht, Def. 3, Best. 73 = molare Konzentration (Molarität) in Gleichungen, 80; c auch Lichtgeschwindigkeit, 207 = Zeichen für das Elektron, z. B. in Reaktionsgleichungen für Redoxprozesse, 12 = Potentialdifferenz zwischen einer Elektrode und einer Lösung. e erhält ein positives Vorzeichen, wenn die Elektrode relativ zur Lösung positiv geladen ist, und ein negatives Vorzeichen, wenn die Elektrode relativ zur Lösung negativ geladen ist, 166 = Normalpotential für ein Elektrodenpotential, 167 = elektromotorische Kraft, EMK, bei einer galvanischen Kette, 167 = Aktivierungsenergie, 196 = Aktivitätskoeffizient, 106, 125 = Ein Faraday = die Ladung des Grammäquivalents eines Ions; Coulomb oder 26,8 Amperestunden, 159 = osmotischer Koeffizient, 106

9 VIII Abkürzungen und Zeichenerklärungen G h H J " m m M M n = Gasdichte, 52 = Konzentration des Wasserstoff-Ions, 133 = Enthalpie oder Wärmeinhalt, 182 = Äquivalentgewicht, 72, 87 =im allgemeinen konstanter Faktor in einer Formel; hier u. a.: Verteilungskoeffizient, 149; molale Siedepunkterhöhung oder Gefrierpunktemiedrigung, 103; Geschwindigkeitskonstante, 191 = Gleichgewichtskonstante des Massenwirkungsgesetzes, 118 = Gleichgewichtskonstante des Massenwirkungsgesetzes, wenn die Konzentrationen in molfl angegeben werden, 119 = Gleichgewichtskonstante des Massenwirkungsgesetzes, wenn die Kon zentrationen in Partialdruck angegeben werden, 119 = thermodynamische Gleichgewichtskonstante, 125 = Ionenprodukt des Wassers, 132 = Ionenleitfähigkeit für ein Kation, 162 = Ionenleitfähigkeit für ein Anion, 162 = Löslichkeitsprodukt eines Elektrolyten, 143 = molale Konzentration (Molalität} ; wird gebraucht, wenn man die Molalität in einem bestimmten Fall angeben soll, 80 = molale Konzentration (Molalität}; wird als Symbol in Gleichungen gebraucht, 80 = molare Konzentration (Molarität}; wird gebraucht, wenn man die Molarität in einem bestimmten Fall angeben soll. Eine Lösung, die 0,1003 mol Natriumchlorid pro Liter enthält, wird als 0,1003 M NaCl bezeichnet und 0,1003 molar Natriumchlorid ausgesprochen, 80 = Molekulargewicht = Zahl der Mole; auch Zahl von F (Faraday) bei Elektrodenprozessen und Zahl von Elektronen bei Redoxprozessen, 166 N = normale Konzentration (Normalität), 80, 87 nk = Überführungszahl eines Kations, 163 na = Überführungszahl eines Anions, 163 p oder P = Druck (Gasdruck oder osmotischer Druck), 46, 102 ph = negativer Logarithmus der Wasserstofiionenaktivität, 133 R = universelle Gaskonstante, 48, auch Leitungswiderstand eines Leiters in Ohm, 160 = Temperatur in Celsiusgraden, C, 46; auch Zeit, 191 T = absolute Temperatur, K, 46 U = innere Energie, 180

10 Abkürzungen und Zeichenerklärungen IX v oder V = Volumen eines Gases oder einer Lösung, 46 Vm = Molvolumen eines Gases, 48 v 0 = Volumen eines Gases u. Nb. (0 C und 760 Torr), 47 "' = Dissoziationsgrad, 54 (Gase), 105 (Elektrolyte) LJH = Änderung des Wärmeinhaltes (Enthalpie) eines Systems, 182 LJ U = Änderung der inneren Energie eines Systems, 182 LJm = Massendefekt, 207 LJT = Siedepunkterhöhung oder Gefrierpunkterniedrigung, 103 " = spezifische Leitfähigkeit eines Elektrolyten, 160 A = Äquivalentleitfähigkeit, = Grenzwert der Äquivalentleitfähigkeit, wenn die Konzentration des Elektrolyten sich Null nähert (.,unendlicher Verdünnung"), 160 p = molare Leitfähigkeit, 161 (! = Dichte, gfml, 4 7 = Halbwertszeit, 193 [A] Torr EMK MeV u.nb. = molare Konzentration des Stoffes A, 118 = der Druck einer 1 mm hohen Hg-Säule bei 0 C, 49 = elektromotorische Kraft einer galvanischen Kette, 167 = Megaelektronenvolt, 206 = unter Normalbedingungen, d. h. der Normalzustand eines Gases bei 0 C und 760 Torr, 4 7 = Bezeichnung für die Äquivalenz zweier Stoffe; das Zeichen wird.,ist äquivalent mit" ausgesprochen = abgerundet gleich, approximativ = also, folglich Bezeichnungsweise f"ür Ionenladungen Die Ionenladungen werden.nunmehr gewöhnlich mit Pluszeichen für Kationen und mit Minuszeichen für Anionen gekennzeichnet. Das Zeichen wird rechts oben neben dem Symbol oder der Formel der Ionenart gesetzt. Die Anzahl der Ionenladungen wird mit vor dem Ladungszeichen stehender arabischer Ziffer angegeben. Wenn das Ion jedoch nur eine Ladung trägt, wird keine Ziffer hierfür angeschrieben. Beispiel: H+, Na+, Cal+, Fell+, Sn'+ Cl-, Sll-, SOf". [Fe(CN 6 )]'-.