Molekularformel

Eine Summenformel, auch Molekülformel (oft auch unpräzise Chemismus), dient in der Chemie dazu, die Anzahl der gleichartigen Atome in einem Molekül oder in der Formeleinheit eines Salzes anzugeben. Sie gibt also das Teilchenzahlenverhältnis und damit auch das Stoffmengenverhältnis der Teilchen an, die im Molekül bzw. in der Formeleinheit enthalten sind und ist nicht zu verwechseln mit der Verhältnisformel, die das Zahlenverhältnis aller beteiligten Teilchen in chemischen Verbindungen beschreibt.

Aufbau

Die Summenformel eines Stoffes besteht aus den Symbolen der enthaltenen chemischen Elemente und kleinen, tiefgestellten Ziffern für deren jeweilige Anzahl in dieser Verbindung. Diese Anzahl der Atome steht als Index immer rechts unterhalb der Atombezeichnung, wobei die Ziffer „1“ nicht ausgeschrieben wird.

Sortierung

Das Element höherer Elektronegativität (im Periodensystem in der Regel weiter rechts oder oben) steht in der Summenformel wie auch im Namen des Stoffes üblicherweise rechts von einem Element niedrigerer Elektronegativität. Bspw. wird Kochsalz (Natriumchlorid) i. a. als ‚NaCl‘ und nicht als ‚ClNa‘ geschrieben.

In Tabellenwerken und Datenbanken wird jedoch – insbesondere bei organischen Verbindungen – zumeist das Hill-System bevorzugt, das Kohlenstoffe vor Wasserstoff und alle anderen Atomsymbole streng alphabetisch sortiert.

Beispiele und Unterscheidung

• NaCl, Kochsalz, besteht aus Natrium- und Chlor-Ionen im Zahlen- und Stoffmengenverhältnis N(Na) : N(Cl) = n(Na) : n(Cl) = 1:1,
• H₂O, ein Wasser-Molekül besteht aus zwei Wasserstoff-Atomen (H) und einem Sauerstoff-Atom (O) (Atomzahlen- bzw. Stoffmengenverhältnis 2:1),
• H₂SO₄, ein Schwefelsäure-Molekül, besteht aus zwei Wasserstoff-Atomen, einem Schwefel-Atom (S) und 4 Sauerstoff-Atomen (Atomzahlen- bzw. Stoffmengenverhältnis 2:1:4).

Molekül	Summenformel	Gruppenformel	Konstitutionsformel	Skelettformel
Essigsäure	C2H4O2	CH3COOH
Ethanol	C2H6O	CH3CH2OH

Bei einfachen Verbindungen ist die Molekül-/Summenformel die gleiche wie die Verhältnisformel, die das kleinstmögliche Zahlenverhältnis angibt.

Kochsalzkristall im Modell

Wenn sich – wie im Kochsalz – Elemente im Mengenverhältnis 1:1 verbinden, bestehen Kochsalzteilchen dann aus jeweils nur zwei Atomen? Die Summenformel sagt nichts über die Struktur einer Verbindung aus Ionen oder auch eines Moleküls aus. Dazu wird die Strukturformel verwendet. Bei einfachen Molekülen reicht die Summenformel jedoch für eine eindeutige Beschreibung des Moleküls aus.

Zur Geschichte der Summenformeln

Berzelius-Statue im Berzelii Park (Stockholm)

Schon die Alchimisten symbolisierten Stoffe in Form verschiedenster Zeichen. Jöns Jakob Berzelius führte eine bis heute gebräuchliche Symbolschreibweise ein: Die Elemente werden in der Regel durch den oder die beiden Anfangsbuchstaben des lateinischen Namens des Elementes gebildet, z. B.:

• H für Wasserstoff (hydrogenium),
• O für Sauerstoff (oxygenium),
• Fe für Eisen (ferrum),
• Au für Gold (aurum) und
• Hg für Quecksilber (hydrargyrum)

Zur Bedeutung von Summenformeln

Die Summenformel einer Verbindung sagt etwas über die Stoffmengenverhältnisse aus, in denen die am Aufbau der Verbindung beteiligten Elemente in der Verbindung vorliegen. Sie bildet damit die Grundlage für alle stöchiometrische Berechnungen mit der Verbindung:

• In Kochsalz (Natriumchlorid) ist das Stoffmengenverhältnis von Natrium zu Chlor n(Na) : n(Cl) = 1 : 1 (vgl. Abbildung), oder als einfache Größengleichung geschrieben: n(Na) = n(Cl)
• im Wasser H₂O ist das Stoffmengenverhältnis n(H) : n(O) = 2 : 1, oder als einfache Größengleichung geschrieben: n(H) = 2 * n(O)
• im Aluminiumoxid Al₂O₃ : n(Al) : n(O) = 2 : 3 bzw. als Größengleichung: 3 * n(Al) = 2 * n(O)
• im Hexan C₆H₁₄ n(C) : n(H) = 6 : 14 = 3 : 7 (Die Verhältnisformel des gleichen Moleküls wäre daher C₃H₇ ; sie repräsentiert aber kein chemisch sinnvolles Molekül, denn Hexan hat die Strukturformel CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃, was zeigt, dass eine Kette von 6 Kohlenstoffatomen und 14 Wasserstoffatomen vorliegt.).

Summenformeln werden auch bei der Formulierung von chemischen Reaktionsgleichungen benutzt. Dabei werden die Ausgangs- und Endstoffe der Reaktion (Edukte und Produkte) im Reaktionsschema in der anorganischen Chemie in der Regel in Form von Summenformeln angegeben. In der organischen Chemie werden nur selten Summenformeln verwendet, weil sie keine für den Ablauf der chemischen Reaktion wichtigen Informationen enthalten.

Siehe auch

• Konstitutionsformel
• Formeleinheit
• Stöchiometrie
• Reaktionsschema
• Stoffmenge in Mol