Betrachtet man chemische Reaktionen bzw. Stoffumwandlungen, gibt es ein paar Gesetzmäßigkeiten, die dabei helfen, Fragestellungen im Bereich der Stoffumwandlungen zu lösen. Die wichtigsten Gesetzmäßigkeiten sind:
Das Gesetz der konstanten Proportionen besagt, dass in einer Verbindung die einzelnen Elemente stets in einem bestimmten Verhältnis enthalten sind, d.h. bei chemischen Reaktionen reagieren die Elemente und Verbindungen in ganz bestimmten Verhältnissen miteinander (z.B. 2 Wasserstoffatome und 1 Sauerstoffatom zu Wasser).
Das Gesetz der konstanten Proportionen (auch als Gesetz der konstanten Massenverhältnisse bezeichnet) geht auf Joseph-Louis Proust zurück, der postulierte, dass eine chemische Verbindung sich aus den (in der Verbindung enthaltenen) Elementen in einem ganz bestimmten für sie charakteristischen Massenverhältnis bilden.
Anmerkung 1:
Das Gesetz der konstanten Proportionen besagt, dass bestimmte Massenverhältnisse verschiedener Elemente miteinander immer zu einem bestimmten Produkt reagieren. Anhand des Beispiels Kohlenstoff und Sauerstoff lässt sich dies verdeutlichen, da Kohlenstoff und Sauerstoff zu mehreren Produkten reagieren können, z.B. Kohlenstoffmonooxid und Kohlenstoffdioxid. Deswegen kann man nie sagen, zwei oder mehrere Elemente reagieren in einem genau definierten Mengen bzw. Massenverhältnis zum Produkt. Richtig ist, dass die Ausgangselemente, die zu einem bestimmten Produkt reagieren, immer ein bestimmtes Massenverhältnis zueinander haben. So ist z.B. das Massenverhältnis in Natriumchlorid (NaCl) immer 39 % Natrium zu 61 % Chlor, egal, wo das Natriumchlorid herkommt.
Das Gesetz besagt, dass eine bestimmte Verbindung stets eine bestimmte, immer gleiche Summenformel besitzt (einzelne Elemente sind stets in einem bestimmten Verhältnis enthalten) und dies überall auf der Welt.
Anmerkung 2:
Es gibt zwar auch Verbindungen (v.a. im Bereich der Festkörperchemie) bei denen die Massenverhältnisse der Elemente in der Verbindung schwanken können (diese Verbindungen nennt man Nichtdaltonide oder berthollide Verbindungen). Berthollide Verbindungen (also keine Daltonide, d.h. Verbindungen in denen die Elemente nicht alle in konstanten Proportionen zueinander stehen) sind hauptsächlich Mischkristalle, Legierungen und Polymere.
Das Gesetz der konstanten Proportionen besagt, dass in einem chemischen Stoff die Elemente immer in einem bestimmten Massenverhältnis zueinander stehen, unabhängig von der Herstellungsart dieses Stoffes.
Das Gesetz der konstanten Proportionen wurde von Joseph Louis Proust formuliert.
Es ist sowohl für die chemische Analyse als auch für die Synthese von Stoffen wichtig, da es ermöglicht, die Rezeptur eines Stoffes zu bestimmen und gezielt herzustellen.
Ein Beispiel ist Wasser (H2O), das immer aus zwei Teilen Wasserstoff und einem Teil Sauerstoff besteht (Massenverhältnis 1:8).
Wenn das Gesetz nicht eingehalten wird, entsteht kein rein wirkender Stoff, sondern es können Reaktionsrückstände oder andere Stoffe gebildet werden.
Stöchiometrie ist das Studium der quantitativen Beziehungen oder Proportionen, in denen chemische Reaktionen stattfinden.
Stöchiometrie beruht auf dem Gesetz der konstanten Proportionen, da es die Beziehung zwischen den Massen der Reaktanten und der Produkte in einer chemischen Reaktion analysiert.
Es hilft dabei, die benötigten Mengen an Rohstoffen präzise zu bestimmen und Abfall zu minimieren, indem nur so viel Stoff verwendet wird, wie tatsächlich für die Reaktion benötigt wird.
Die Eigenschaften eines Stoffes bleiben konstant, solange das Massenverhältnis der Elemente konstant bleibt.
Das Massenverhältnis kann man durch chemische Analysen bestimmen, zum Beispiel durch Titration, Gravimetrie oder Spektroskopie.