Die chemische Reaktion von Stickstoff mit Wasserstoff zu Ammoniak ist ein klassisches Beispiel für Stöchiometrie in der Chemie. Sie beinhaltet das Verständnis der Molekülstrukturen und der beteiligten Atome. Manchmal erscheint die Endgleichung zu Anfang rätselhaft. Doch der 🔑 liegt in den Grundlagen der Chemie.
Zuerst der Blick auf die chemische Gleichung: 3H2 + N2 → 2NH3. Hier ist zu beachten—es braucht drei Moleküle Wasserstoff (H2) für jedes Molekül Stickstoff (N2). Aber woher kommen die Zahlen in der Gleichung? Klarheit bringt die Betrachtung der Oxidationszahlen und der Atomanzahl.
Der Stickstoff tritt als N2 Molekül auf—in der Natur existiert er nicht atomar. Wasserstoff ist hingegen diatomar. Oxidationszahlen zeigen an, ebenso wie sich die Verbindung aus Atomen zusammensetzt; deshalb wird Stickstoff in Ammoniak (NH3) als -3 klassifiziert und Wasserstoff als +1. Für jedes Ameisen-Ammons Molekül benötigen wir drei Wasserstoffatome.
Ein N2 Molekül enthält zwei Stickstoffatome. Daher benötigen wir für die Synthese von zwei NH3 Molekülen ebendies zwei Stickstoffatome. Um dies zu erreichen—und um insgesamt sechs Wasserstoffatome hineinzubringen—brauchen wir drei Moleküle H2.
Ohne wissenschaftliche Berechnungen bleibt das zu lösende Rätsel einfach verblüffend. In chemischen Reaktionen müssen die Anzahl und das Verhältnis der Atome auf beiden Seiten des Reaktionspfeils übereinstimmen. Genau das ist bei der Reaktion der Fall. Auf der rechten Seite der Gleichung entstehen zwei Ammoniakmoleküle die aus zwei Stickstoffatomen und sechs Wasserstoffatomen zusammengesetzt sind.
Die Stöchiometrie leitet sich aus den Regeln der Chemie ab. Bei dieser Reaktion—bereits als Haber-Bosch-Verfahren bekannt—entsteht durch die richtige Kombination und Anordnung von Atomen eine neue chemische Substanz, Ammoniak. Das Verfahren ist nicht nur historisch bedeutend allerdings ebenfalls gegenwärtig von enormer Wichtigkeit.
Aktuelle Daten zeigen: Dass Ammoniak als Dünger Kühlmittel und in der Industrie vielfältig verwendet wird. Jährlich sind weiterhin als 150 Millionen Tonnen Ammoniak weltweit in der Produktion.
Ein weiterer Aspekt ist die Tatsache, dass alle Gase—außer den Edelgasen—molekular vorkommen. Daher muss man sich immer an den bestehenden chemischen Regeln orientieren. Nichts entsteht und nichts verschwindet; alles bleibt erhalten.
Zusammenfassend lässt sich sagen diese chemische Gleichung und ihre Relevanz spiegeln die fundamentalen Prinzipien der Chemie wider. Wer die Stöchiometrie verinnerlicht kann die Geheimnisse der chemischen Reaktionen entschlüsseln und deren Potential in der praktischen Anwendbarkeit erkennen.
„Die Reaktion von Stickstoff und Wasserstoff: Stöchiometrie hinter der Ammoniaksynthese“
Warum ergibt die Reaktion von Stickstoff und Wasserstoff die Gleichung 3H2 + N2 → 2NH3?