Ionenformel und Verhältnisformel - den Unterschied erklären

Unterschiede zwischen Ionenformel und Verhältnisformel

Machen Sie sich die Unterschiede, wie chemische Verbindungen dargestellt werden können, klar. Es gibt außer der Ionenformel noch die Verhältnisformel und die Summenformel.

Die Verhältnisformel wird auch empirische Formel, Elementarformel oder Substanzformel genannt. Sie gibt lediglich das Zahlenverhältnis der Atome in einer chemischen Verbindung an. Beachten Sie dabei, dass es um ein Verhältnis geht, es müssen also die kleinstmöglichen Zahlenverhältnisse gewählt werden. Die Verhältnisformel von Wasserstoffperoxid ist dann also HO, die von Benzol CH. Die Verhältnisformel kann auch der Summenformel entsprechen, zum Beispiel bei von Kochsalz NaCl und Kaliumphosphat K3PO4.

Wie Sie am Beispiel Wasserstoffperoxid und Benzol sehen, gibt die Verhältnisformel nicht die genaue Zusammensetzung eines Moleküls wieder. Wenn Sie die Ionenformel bilden wollen brauchen Sie die genaue Zusammensetzung des Moleküls, also die Summenformel, denn die gibt die tatsächliche Zusammensetzung wieder. Also H2O2 für Wasserstoffperoxid oder C6H6 für Benzol. Bei vielen Stoffen unterscheidet sich die Verhältnisformel nicht von der Summenformel.

Bei der Ionenformel werden nun noch die Ladungen der Atome, also in welche Ionen diese zerfallen, berücksichtigt. Wasserstoffperoxid und Benzol zerfallen nicht in Ionen. Die Ionenformel macht nur bei Laugen, Säuren und Salzen einen Sinn.

Zusammenfassend können Sie also sagen, dass in der Verhältnisformel nur reine Mengenverhältnisse der Atome zu erkennen sind, in der Ionenformel sehen Sie die tatsächliche Anzahl der Atome und deren Ladung.

Beispiele für Formeln in Ionenform

Suchen Sie die Stoffe im Periodensystem. Alles, was in der ersten Hauptgruppe steht, bildet einfache positive geladene Ionen, in der zweiten Hauptgruppe sind die Stoffe, die zweifach positiv geladene Ionen bilden, und in der dritten Hauptgruppe die Stoffe mit dreifacher positiver Ladung. Schreibweise Na+, Ca2+ und Al3+.

Die vierte Hauptgruppe hat eine Sonderstellung. Theoretisch können die Atome sowohl 4-fach positiv als auch 4-fach negativ geladen sein.

Jetzt geht es mit den Ladungszahlen wieder abwärts. Stickstoff ist in 5. Hauptgruppe (N3-),  Sauerstoff in der 6. (O2-) und Chlor in der 7. (Cl-).

Diese Überlegungen sind ausreichend, wenn Sie aus einfachen Verhältnisformeln wie Calciumjodit CaI2 die Ionenformel herleiten möchten, diese ist dann Ca2-I-2. Es gibt zwei negative I- Ionen, daher I-2. Die Schreibweise I2- ist falsch, denn das würde ein Jod-Ion mit doppelter negativer Ladung bedeuten, ein Ion, das es nicht gibt.

Bei Stoffen wie K3PO4 orientieren Sie sich besser an der Säure bzw. an der Ladung der einzelnen Ionen.  K-3 hat 3-mal eine  negative Ladung, demnach muss es (PO4)3- heißen. Die Ionenformel ist also K-3(PO4)3-.

Wie berechnet man die Verhältnisformel?

Meist bekommen Sie Angaben, wie z. B: Oxid ist aus 1,368g Cr und 0,632g O entstanden. Die Angaben in Gramm bringen Ihnen zunächst nichts, weil Sie aus dem Gesamtgewicht der "Bauklötze" nicht auf die Anzahl schließen können. Wenn Sie aber die Masse eines Klötzchen kennen, ist es kein Problem, die Anzahl zu bestimmen.

Sie müssen also herausbekommen, wie viele Teilchen in 1,368 g Cr und 0,632 g O enthalten sind. Das können Sie über die molare Masse berechnen. Diese können Sie jedem Periodensystem entnehmen. M(Cr) = 52 g/mol und M(O) = 16 g/mol. 16 g O enthalten genauso viele Teilchen wie 52 g Cr. Da es nur um das Berechnen von Verhältnissen geht, brauchen Sie das genaue Gewicht eines Teilchens nicht zu kennen.

Sie haben nun 1,368 g Cr statt 52 g. Wenn Sie statt 52 g nur 1 g hätten, dann wären darin (1/52) - mal so viele Teilchen wie in 52 g. Multiplizieren Sie das mit 1,368. Sie wissen nun, dass 1,368 g genau 1,368/52 = 0,0263-mal so viele Teilchen enthält wie ein Mol. 1,368 g Cr entsprechen also n(Cr) = 0,0263 mol. Entsprechend gilt für O, dass Sie n(O) =0,0395 mol haben.

Sie brauchen also immer die molare Masse (M) und die Stoffmenge (n).

Zusammengefasst gehen Sie also immer wie folgt vor, um die Verhältnisformel zu berechnen:

1. Stellen Sie eine allgemeine Formel für den Stoff auf, von dem Sie die Verhältnisformel berechnen sollen. Im Beispiel CrxOy.
2. Ermitteln Sie von allen beteiligten Stoffen die molare Masse und bestimmen Sie, wie viel Mol Sie haben. Das kann manchmal etwas komplizierter sein, wenn Sie zum Beispiel wissen, dass ein Stoff in CO2 und Wasser zerfällt, müssen Sie die molare Masse durch Addition der Atomgewichte ermitteln. M(CO2) = M(C) + 2 M(O).
3. Bestimmen Sie, indem Sie das gegebene Gewicht durch die molare Masse teilen, wie viel Mol der verschiedenen Stoffe vorhanden sind.
4. Bilden Sie dann das Verhältnis, indem Sie die entsprechenden Stoffmengen (n) teilen. So können Sie immer die Verhältnisformel berechnen. x ist dann also 0,0263 und y = 0,0395 x:y=0,0263:0,0395, was ungefähr 2:3 entspricht. Sie müssen bei den Aufgaben auf ganze Zahlen runden.

Unterschiede der Formeln am Beispiel von Ammoniumnitrat

Betrachten Sie den Stoff Ammoniumnitrat. Es handelt sich um das Ammoniumsalz der Salpetersäure, NH3 + HNO3 -> NH3 + H+ + (NO3)- ->  NH4+(NO3)-. Die Ionenformel ergibt sich aus der Salzbildung, bei der das H+-Ion sich an die NH3-Gruppe bindet, von der Salpetersäure bleibt der negativ geladene Säurerest (NO3)-.

Die Summenformel unterscheidet sich von der Ionenformel nur dadurch, dass diese keine Ladungen aufzeigt. Aus diesem Grund wird Ammoniumnitrat einfach als NH4NO3 dargestellt.

Bei der Verhältnisformel kommt es nur auf das reine Zahlenverhältnis der Atome an. Sie haben in dem Stoff 2 Atome Stickstoff (N), 4 Atome H und 3 Atome Sauerstoff. Die Verhältnisformel ist dann H4N2O3.

An diesem Beispiel können Sie deutlich sehen, wie der Informationsgehalt der einzelnen Formeln ist. Die Verhältnisformel gibt keinen Ausschluss darüber, dass es sich um ein Ammoniumsalz der Salpetersäure handelt.