MKL1888:Formel

Formel (lat. formula), für besondere Fälle entweder ausdrücklich vorgeschriebene oder durch den Gebrauch eingeführte Worte, Redensarten oder Wendungen, z. B. Gebets-, Rechtsformeln. In der Mathematik versteht man darunter jede Verbindung algebraischer Zeichen. Eigentliche Formeln datieren demzufolge erst seit der Anwendung von Buchstaben zur Bezeichnung von Zahlen.

Chemische Formeln, zur Veranschaulichung der chemischen Prozesse, heißen die eigentümlichen Zeichen und Symbole, welche die chemische Zusammensetzung einer Verbindung sowohl in Bezug auf die in ihr enthaltenen Elemente als auch in Bezug auf die Anzahl der in ihr enthaltenen Atome ausdrücken. Im allgemeinen wird jedes Element mit dem ersten Buchstaben seines lateinischen Namens bezeichnet: Schwefel (Sulfur) S; Stickstoff (Nitrogenium) N; Kohlenstoff (Carboneum) C; Wasserstoff (Hydrogenium) H; Sauerstoff (Oxygenium) O etc. Da aber die Namen mehrerer Elemente mit demselben Buchstaben anfangen, so muß man häufig noch einen zweiten zu Hilfe nehmen: Baryum Ba, Beryllium Be, Chlor Cl, Chrom Cr, Cerium Ce, Calcium Ca, Kadmium Cd, Cäsium Cs etc. Will man in dieser Zeichensprache ausdrücken, daß zwei Elemente chemisch aufeinander einwirken, so stellt man zwischen beide ein + und schreibt das Produkt der Einwirkung hinter ein Gleichheitszeichen. Der Satz: Schwefel (S) verbindet sich mit Quecksilber (Hg) zu Schwefelquecksilber wird also ausgedrückt Hg + S = HgS. Nun bezeichnen aber die Symbole nicht beliebige Mengen der betreffenden Substanzen, sondern stets 1 Atom. Die obige Gleichung sagt also: 1 Atom Quecksilber verbindet sich mit 1 Atom Schwefel zu 1 Molekül Schwefelquecksilber, und man erfährt, daß Schwefelquecksilber aus 1 Atom Schwefel und 1 Atom Quecksilber besteht. Da nun 1 Atom Quecksilber = 200 und 1 Atom Schwefel = 32, so sagt die F. zugleich, daß sich 200 g Quecksilber mit 32 g Schwefel verbinden und 232 g Schwefelquecksilber geben, woraus dann auch die prozentische Zusammensetzung des letztern leicht zu berechnen ist. Die Elemente verbinden sich bekanntlich in mehreren Verhältnissen, und um dies anzudeuten, bedient man sich kleiner Zahlen, welche man rechts unten an das Atomsymbol schreibt. SO3 bezeichnet also 1 Molekül einer Verbindung, die entstanden ist aus der Vereinigung von 1 Atom Schwefel mit 3 Atomen Sauerstoff. Nun ist das Atomgewicht des Schwefels 32, das des Sauerstoffs 16, und mithin ist das Molekulargewicht der Verbindung SO3 = 3 × 16 = 48 + 32 = 80. Die F. bezeichnet also 80 Gewichtsteile jener Verbindung. Handelt es sich bei einem chemischen Prozeß um mehrere Moleküle einer Verbindung oder eines Elements, so schreibt man eine große Zahl links vor die F. Fünf Moleküle der zuletzt genannten Verbindung schreibt man also 5SO3, und man hat in dieser Menge 5 Atome Schwefel und 15 Atome Sauerstoff. Die F. 2SbCl3 + 3H2S = Sb2S3 + 6HCl sagt, daß 2 Moleküle Antimonchlorid (SbCl3) und 3 Moleküle Schwefelwasserstoff (H2S) 1 Molekül Schwefelantimon (Sb2S3) und 6 Moleküle Chlorwasserstoff (HCl) geben. Ob die F. richtig ist, zeigt sich, wenn man die Anzahl der Atome rechts und links von = zusammenzählt. Die Formeln leisten aber noch mehr. Die empirische F. des Essigäthers ist C4H8O2. Aus gewissen Zersetzungen, welche der Essigäther erleidet, weiß man, daß in demselben nicht alle 4 Atome Kohlenstoff (C), alle 8 Atome Wasserstoff (H) und die 2 Atome Sauerstoff (O) in gleicher Weise miteinander verbunden sind, sondern vielmehr zwei Gruppen bilden, nämlich C2H3O2 und C2H5. Der empirischen F. C4H8O2 steht mithin die rationelle F. C2H3O2.C2H5 gegenüber, welche einen Einblick in die Konstitution des Körpers gewährt und ihn von einem andern, dem gleichfalls die empirische F. C4H8O2 zukommt, unterscheiden läßt. Ammoniak NH3 besteht aus 1 Atom Stickstoff und 3 Atomen Wasserstoff. Durch gewisse Prozesse kann man im Ammoniak 1 Atom Wasserstoff durch die Atomgruppe C2H5 ersetzen und erhält dann den Körper NH2.C2H5. Wird ein zweites Atom Wasserstoff durch C2H5 ersetzt, so entsteht NH(C2H5)2, endlich N(C2H5)3. Diese Formeln sagen ohne weiteres, daß es sich um einen ammoniakähnlichen Körper handelt, in welchem 1, 2 oder 3 Atome Wasserstoff durch Äthyl C2H5 vertreten sind. Um nun einen chemischen Prozeß auszudrücken, werden die Formeln zu Gleichungen verbunden. Bringt man Schwefelquecksilber mit Eisen in Berührung, so wird das Schwefelquecksilber zersetzt, es entstehen Schwefeleisen und metallisches Quecksilber. Mit Hinzufügung der Atomgewichte ergibt dies folgende Gleichung:

HgS	+	Fe	=	FeS	+	Hg
200+32		56		56+32		200.

Man sieht hieraus, daß zur Zerlegung von 232 Teilen Schwefelquecksilber 56 Teile Eisen erforderlich sind und dabei 200 Teile Quecksilber erhalten werden. Über diese Rechnungen vgl. Stöchiometrie.