Gesetz der Volumenverhältnisse

Gasvolumina folgen Koeffizienten

Das Gesetz der Volumenverhältnisse besagt, dass die Volumina reagierender Gase bei gleicher Temperatur und gleichem Druck in einfachen ganzzahligen Verhältnissen stehen. Es heißt auch Gay-Lussacs Gesetz der Volumenverhältnisse.

Bei gleicher Temperatur und gleichem Druck geben die Koeffizienten einer ausgeglichenen Gleichung zugleich $die Gasvolumenverhältnisse$ an. Wasserstoff und Sauerstoff verbinden sich nach Volumen im Verhältnis $2:1$ zu Wasser.

Diese Regel gilt nur für Stoffe in der Gasphase. Ihre Volumina müssen außerdem bei gleicher Temperatur und gleichem Druck verglichen werden.

Wir verwenden die $Näherung idealer Gase$ und zählen die Volumina, die tatsächlich reagieren oder entstehen. Nicht umgesetztes überschüssiges Gas wird getrennt berechnet.

Wasser muss gasförmig sein

Die ausgeglichene Gleichung zur Bildung von Wasserdampf lautet:

2\mathrm{H_2(g)} + \mathrm{O_2(g)} \rightarrow 2\mathrm{H_2O(g)}

Die Koeffizienten $2:1:2$ bedeuten, dass $2$ Volumenteile Wasserstoff mit $1$ Volumenteil Sauerstoff zu $2$ Volumenteilen Wasserdampf reagieren.

V_{\mathrm{H_2}} : V_{\mathrm{O_2}} : V_{\mathrm{H_2O}} = 2:1:2

Werden alle Gase bei $gleicher Temperatur und gleichem Druck$ gemessen, reagieren also $200\ \mathrm{mL}$ Wasserstoff mit $100\ \mathrm{mL}$ Sauerstoff zu $200\ \mathrm{mL}$ Wasserdampf. Sobald das Wasser kondensiert, lässt sich sein Flüssigkeitsvolumen nicht mehr aus diesem Gasverhältnis ablesen.

Gasvolumina mit Röhren vergleichen

Wähle im Modell eine Reaktion aus. Jedes Rohr stellt $eine Volumeneinheit (VE) Gas$ bei gleicher Temperatur und gleichem Druck dar.

Gasvolumenmesser

Vergleiche die Rohrhöhen und lies die Reaktionskoeffizienten als Gasvolumenverhältnis.

Zwei gleiche Volumenanteile $\mathrm{H_2}$ reagieren mit einem gleichen Volumenanteil $\mathrm{O_2}$ zu zwei gleichen Volumenanteilen $\mathrm{H_2O(g)}$ bei gleicher Temperatur und gleichem Druck.

Volumenverhältnis: $\mathrm{H_2:O_2:H_2O} = 2:1:2$ .
Skaliertes Beispiel: $200\ \mathrm{mL}$ $\mathrm{H_2}$ reagieren mit $100\ \mathrm{mL}$ $\mathrm{O_2}$ .

Das Modell vergleicht Gasvolumina. Weil Temperatur und Druck gleich bleiben, entspricht jeder Volumenteil einem Koeffizienten der ausgeglichenen Reaktion.

Ammoniak zersetzen

Angenommen, $600\ \mathrm{mL}$ Ammoniakgas zersetzt sich bei derselben Temperatur und demselben Druck vollständig. Die ausgeglichene Gleichung lautet:

2\mathrm{NH_3(g)} \rightarrow 3\mathrm{H_2(g)} + \mathrm{N_2(g)}

Die $Koeffizienten ergeben dieses Volumenverhältnis$ :

V_{\mathrm{NH_3}} : V_{\mathrm{H_2}} : V_{\mathrm{N_2}} = 2:3:1

Da $2$ Teile Ammoniak $600\ \mathrm{mL}$ entsprechen, entspricht $1$ Volumenteil $300\ \mathrm{mL}$ .

\begin{aligned} V_{\mathrm{H_2}} &= 3 \times 300 = 900\ \mathrm{mL} \\ V_{\mathrm{N_2}} &= 1 \times 300 = 300\ \mathrm{mL} \end{aligned}

Bei der Zersetzung von $600\ \mathrm{mL}$ Ammoniakgas entstehen also $900\ \mathrm{mL}$ Wasserstoffgas und $300\ \mathrm{mL}$ Stickstoffgas.

Bedingungen für Volumenverhältnisse

Die Koeffizienten dürfen nur dann als Gasvolumenverhältnisse verwendet werden, wenn alle folgenden Bedingungen erfüllt sind.

Die Reaktionsgleichung muss bereits ausgeglichen sein.
Bei den zu vergleichenden Stoffen muss es sich $um Gase handeln$ .
Alle Gasvolumina müssen bei der gleichen Temperatur und dem gleichen Druck gemessen werden.
Wenn ein Produkt flüssig oder fest wird, wird das Produktvolumen nicht direkt aus den Gaskoeffizienten abgelesen.

Sind alle Bedingungen erfüllt, geben die Koeffizienten sowohl das Stoffmengenverhältnis als auch das Gasvolumenverhältnis an.