Nachhilfe Mathematik II

Hallo miteinander,

nachdem mir vor kurzem schon bei einem Beweis geholfen wurde, muss ich doch noch einmal auf euch zurück kommen :smile:

Im Prinzip geht es mir jetzt um etwas ganz anderes!

Es geht darum, dass man zu einer Chemischen Gleichung die möglichst kleinen Koeffizienten finden muss!!!

Habe so etwas, wie Lineare Algebra in meiner Zeit als Schüler max. mit drei unbekannten gemacht und mir fehlt es einfach an einem Ansatz…

Es soll Ammoniak zu Stickstoffdioxid und Wasser verbrannt werden. Also auf mehr als

a * NH3 + b * O2 --> c * NO3 + d * H2O

diesen Ansatz komme ich nun leider nicht!

Hat jemand eine Idee?!

Danke,
Dennis

a * NH3 + b * O2 --> c * NO3 + d * H2O

Bei allen diesen Gleichungen musst Du erstmal schauen, welche Atome eine 1:1 Realtion haben, in diesem Fall N, was auf beiden Seiten in gleicher Menge vorliegen muss, also c=a.

Nun am besten das H anschauen, weil das auch nur in einer Verbindung auf beiden Seiten vorkommt. also rechts kommt es 3a mal vor, und link kommt es als 2d vor … => d=3a/2.

Nun zum letzten, dem O. Links kommt es 2b mal vor, rechts 2d+3c mal. wir kennen aber schon c und d. => 2b=2(3a/2)+3(a)=6a => b=3a.

Zusammenfassend:

b=3a
c=a
d=3a/2

… wobei alle vier Variablen ganze Zahlen sein müssen … also einfach für a ganze Zahlen einsetzten und schauen, für welches a alle drei anderen auch ganze Zahlen sind. Da Du so klein wie möglichst willst, fange mit a = 1 and und dann a=2 …
Du kannst schon sehen, dass b und c immer gut sind, nur bei d gibt es ein kleines Problem. Du kannst aber auch sofort sehen, dass wenn a = 2, dann d=3.

Hoffe, das hilft weiter.
Lars

Hallo Lars,

das ist ja schon einmal spitze, aber gibt es noch eine Möglichkeit hieraus ein lineares Gleichungssystem zu entwickeln?

Lg,
Dennis

Hallo,

Es soll Ammoniak zu Stickstoffdioxid und Wasser verbrannt
werden. Also auf mehr als

a * NH3 + b * O2 --> c * NO3 + d * H2O

das ist nicht schwer. Diese Reaktionsgleichung stimmt stöchiometrisch genau dann, wenn folgende drei Gleichungen erfüllt sind:

a = c  (N)
  3 a = 2 d  (H)
  2 b = 3 c + d  (O)

Oder etwas umgeschrieben:

a – c = 0
  3 a – 2 d = 0
  2 b – 3 c – d = 0

Das ist ein lineares Gleichungssystem (LGS) mit drei Gleichungen für vier Unbekannte. In dem Umstand, dass es eine Unbekannte mehr gibt als Gleichungen, drückt sich die Tatsache aus, dass die Koeffizienten a, b, c und d nur bis auf einen gemeinsamen Faktor bestimmt sind. Nimmst Du eine ausgeglichene Reaktionsgleichung und multiplizierst sämtliche Koeffizienten darin z. B. mit 28 (oder irgendeiner anderen Zahl), dann stimmt sie danach ja immer noch.

Das bedeutet, dass Du 4 – 3 = genau eine Unbekannte frei wählen darfst. Das ist übrigens bei jeder (!) Reaktionsgleichung so: Es muss immer genau eine Unbekannte mehr als Gleichungen geben (lies: einen Koeffizient mehr als Atomsorten), sonst ist was faul.

Welche Unbekannte Du als den „freien Parameter“ wählst, d. h. ob a, b, c oder d ist prinzipiell egal. Ich entscheide mich für d, dessen Platz somit die rechte Seite der Gleichungen ist:

a – c = 0
  3 a = 2 d
  2 b – 3 c = d

Das ist ein LGS mit drei Gleichungen für nur noch drei Unbekannte (a, b, c). Die Auflösung per Hand oder Computer-Algebra-System ist kein Problem. Ergebnis:

a = 2/3 d
  b = 1/2 d
  c = 2/3 d

Jetzt ist der Wert für d so zu wählen, dass alle rechten Seiten ganzzahlig werden. Der kleinste Wert, der das leistet, ist das kleinste gemeinsame Vielfache aller Nenner, also hier 2 und 3. Das für Deine Gleichung „beste“ d ist also 2 · 3 = 6.

d = 6
  ⇒ a = 2/3 · 6 = 4
  ⇒ b = 1/2 · 6 = 3
  ⇒ c = 2/3 · 6 = 4

Fertig. Die stöchiometrisch richtige Gleichung mit den niedrigstmöglichen Koeffizieten lautet

4 NH3 + 3 O2 --> 4 NO3 + 6 H2O

Prüf es ruhig nach :wink: Mit diesem Verfahren kannst Du grundsätzlich für jede Gleichung ganz schematisch die richtigen Koeffizienten finden, d. h. ohne je irgendwo was „probieren“ zu müssen.

Gruß
Martin

Ja klar, habe ich ja implizit für jeden der drei Elemente gemacht, also einfach diese drei Gleichungen zusammen nehnen, als ein System … siehe aber dazu nochmal den zweiten Post.
LG Lars

a * NH3 + b * O2 --> c * NO3 + d * H2O

Nun zum letzten, dem O. Links kommt es 2b mal vor, rechts
2d+3c mal. wir kennen aber schon c und d. =>
2b=2(3a/2)+3(a)=6a => b=3a.

Bin wohl echt zu doof dafür… Wieso ist denn ‚d‘ zwei mal in der Gleichung (rechts)?

Danke für die Hilfe,
Dennis

PS: Wieso wurde denn die andere Antwort auf meinen Beitrag gelöscht?!

Ne, ich bin zu doof zu lesen :smiley: … ist nur ein d auf der rechten Seite, da die zwei sich ja auf das H bezieht, entschuldige!

Weiterhin bin ich leicht ratlos, aber zur Veranschaulichung habe ich mal meine Rechnung fotographiert, vielleicht findet der ein oder andere meinen Fehler…

Noch ein Hinweis: Die Klasse meines Nachhilfeschülers ist ausdrücklich darauf hingewiesen worden den Gauss-Algorytmus anzuwenden.

Da ich diesen nicht genau kannte, habe ich mir im Netz alles Wissenswerte dazu angeschaut…

Danke für eure Hilfe.
Dennis

http://img155.imageshack.us/img155/9790/img0775rk7.jpg

Moin,

jetzt hast du wohl genug Hilfe bekommen, um die Rechnung für die richtige Reaktionsgleichung selbst durchführen zu können.

Stickstoffdioxid ist nämlich NO2

Gruß

Kubi

Soooo, nachdem ist jetzt weiß, dass die Gleichung vielmehr:

a NH3 + b O2 —> c NO2 + d H2O

heißen muss, habe ich keine Ahnung mehr und überlege die Nachhilfe in der 12 sein zu lassen!

Mein Ansatz:

a=c
3a=2d
2b=2c+d

funktioniert einfach überhaupt nicht!

Ich könnte ausrasten, dabei scheint alles doch so leicht!

Alle meine Rechnungen zeigen was anderes als:

a=4
b=7
c=4
d=6
(wie es eigentlich sein muss)

Ich bin kurz vorm Verzweifeln!
Dennis

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

Also nochmal ausführlich:

a NH3 + b O2 —> c NO2 + d H2O

Mein Ansatz:

a=c
3a=2d
2b=2c+d

Dann schmeißen wir das c mal raus:

3a = 2d
2b = 2a + d

Die erste Gleichung liefert d = 3a/2 und damit wird aus der 2.:

2b = 2a + 3/2 a = 7/2 a, oder a = 4/7 b

Setzen wir a = 1, ergibt sich:

a = 1
b = 7/4
c = 1
d = 3/2

Um das Ganze ganzzahlig zu machen, multiplizieren wir alles mit 4 und kriegen

4 NH3 + 7 O2 —> 4 NO2 + 6 H2O

Paßt!

Was war daran so schwer?

Gruß

Kubi