Der Faber-Castell "VCH Rechenschieber für Chemiker"

Summenformel aus der organischen Element-Analyse

Zu einer Zeit, in der ich Chemie studierte — also zu einer Zeit ohne Taschenrechner oder gar Computer — war eine Elementaranalyse zur Identifikation (organischer) Verbindungen der Standard. Man ver­brann­te eine kleine Menge (wenige 100 mg) der Substanz, und fing das Kohlendioxid mit Ba­ri­um­hydr­oxid als BaCO₃ auf und bestimmte dessen Gewicht. Wasserstoff wurde als Wasser in einem Trocke­nmit­tel ab­sor­biert und ebenfalls durch Gewichtszunahme bestimmt. Stickstoff wurde als Gas auf­ge­fangen, und dessen Volumen gemessen. Chlor wurde als Silberchlorid gravimetrisch bestimmt, u. s. w.

Neben den "üblichen" logarithmischen Skalen sind Markierungen mit Elementsymbolen (C, F, B, P, Cl) und Atomgruppen (OCH₃, (EtO)₂) auf Körper und Zunge angebracht. Mit den Logarithmen von Ele­ment­ge­wich­ten und ihren Vielfachen neben den X- und 10·X²-Skalen (die 10·X²-Skala auf dem Körper be­ginnt mit 10 und endet mit 1.000, die X²-Skalen auf der Zunge beginnt mit 1 und endet mit 100). Die Logarithmen der Elementgewichte korrespondieren mit der 10·X²-Skala.

Oberhalb der 10·X²-Skala findet man die Vielfachen für Kohlenstoff (C, schwarz von 1 bis 80), für Stick­stoff (N, schwarz von 1 bis 12) und Silicium/2 (da Si im Rahmen der Ablesegenauigkeit doppelt so schwer ist wie N), und für Fluor (F, schwarz von 1 bis 6). Überlagert sind die Atomgewichte für Sauerstoff (O, rot von 1 bis 12) und Schwefel/2 (da S im Rahmen der Ablesegenauigkeit doppelt so schwer ist wie O), für Brom (Br, rot von 1 bis 6), und für die Atomgruppe Methoxy (OCH₃, rot von 1 bis 6). Das Element Was­ser­stoff (Atomgewicht 1) ist in der X²-Skala der Zunge enthalten, wobei man beim Ablesen auf der X²-Skala auf dem Körper die zehnfache Atommasse einstellen bzw. ablesen muß.

Auf dem unteren Teil des Körpers sind die Logarithmen der Atomgewichte und ihrer Vielfachen von Bor (B, rot von 1 bis 3), Phospor (P, rot von 1 bis 6) Chlor (Cl, schwarz von 1 bis 10) und Iod (J, rot von 1 bis 3) angegeben, sowie die Logaritmen der einfachen Atomgewichte einiger Metalle (schwarz, Ele­ment­sym­bol am Teilstrich).

Um die Zeit, als der Rechenschieber für Chemiker bei VCH erschien (1971), gab es dann Analysen­auto­maten, die die prozentualen Atomverhältnisse und das Molekulargewicht in einem Schritt aus­ga­ben. Hier konnte der Rechenschieber für Chemiker dann seine Vorteile ausspielen. Wie man der — recht spärlichen — Anleitung entnimmt, war er vor allem als Hilfsmittel für die organisch-chemischen Ana­ly­sen­be­rechnungen gedacht. (Anleitung von Gerd Ewald zur Verfügung gestellt.)

Man erhielt von Elementaranalyselabor die Prozent-Angaben:

Und sollte nun die Summenformel berechnen. Wohl dem, der einen Rechenschieber für Chemiker hatte! Der stellte die Dreiecksmarke (bei "100" der X²-Skala auf der Zunge unter den Mole­kular­ge­wichts­wert der der X²-Skala auf dem Körper, und schob dann den Läuferstrich auf der Zungenskala X² über den Pro­zent­wert C. Auf der Skala "C" las man dann 6,2 ab, was etwa 6 C-Atomen entspricht.

Nun nur den Läufer auf den Bromgehalt schieben und auf der Skala "Br" 1,1 ablesen, was einem Brom­atom entspricht.

Den Läufer auf den Stickstoffgehalt stellen, und auf der Skala "N" 0,9 ablesen, was einem Stick­stoff­atom entspricht.

Den Läufer auf den zehnfachen Wert des Wasserstoffgehalts verschieben und auf der X² des Körpers ablesen 4,52, was 4 oder 5 Wasserstoffatomen entspricht.

Schließlich schiebt man den Läufer auf den Sauerstoffgehalt und liest 2,7 ab, was drei O-Atomen ent­spricht.

Es ergeben sich also zwei mögliche Summenformeln: C₆H₄BrNO₃ oder C₆H₅BrNO₃. Nun muß der che­mi­sche Sachverstand unterscheiden: C₆ deutet auf einen Benzolring hin (C₆H₆). Das Bromatom ersetzt dann ein Wasserstoffatom (C₆H₅Br). Bleibt NO₃, was auf eine Nitrogruppe (NO₂) hinweist, die ein weiteres H-Atom substituiert ⇐ C₆H₄BrNO₂; das verbleibende O-Atom wäre dann eine Phe­nol­grup­pe (ersetzt kein H-Atom!). Die wahrscheinliche Summenformel ist also C₆H₄BrNO₃ (Brom-nitro-phenol). Welches der ver­schiedenen Isomere es ist, bestimmt man z. B. mit dem Schmelzpunkt in dem sich die Isomeren unter­scheiden.

Andersherum kann man aus dem Analyseergebnis auf das Molekulargewicht schließen, wenn man annimmt, die Substanz enthält nur ein Bromatom. Man stellt den Läuferstrich auf den Logarithmus des Atomgewichts von Brom, schiebt der Wert des Analyseergenisses auf der Zunge unter den Läuferstrich und liest über der "MG"-Marke das Molekulargewicht ab: 212.

Natürlich kann man aus der Summenformel und dem sich daraus errechnenden Molekulargewicht auch die prozentuale Elementzusammensetzung berechnen. Nehmen wir z. B. Frigen 113 C₂F₃Cl₃.

Das Molekulargewicht ist 187,34. Unter diese Zahl auf der X²-Skala des Körpers stellt man die "MG"-Marke der X²-Skala auf der Zunge. Dann braucht man nur noch den Läufer nacheinander auf die Atom­zahl der Skala des entsprechenden Ele­ments zu verschieben und liest jedesmal den Prozentgehalt des Ele­ments auf der X²-Skala der Zunge ab.

Im Prinzip könnte man das auch mit dem Taschenrechner ausrechnen, aber leichter — durch drei­ma­li­ges Verschieben des Läufers — geht es mit dem Rechenschieber.

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