Was ist eine chemische Reaktion? Woran erkennt man sie?
Eine chemische Reaktion ist eine Veränderung, bei der neue Stoffe mit neuen Eigenschaften entstehen. Die Stoffe, mit denen wir starten, heißen Edukte (Reaktanden); die neuen Stoffe heißen Produkte.
Diese Anzeichen zeigen, dass eine Reaktion stattgefunden hat:
- eine Farbänderung (ein glänzender Eisennagel wird in Kupfersulfatlösung braun),
- Gasbläschen steigen auf (Zink in verdünnter Säure ergibt Wasserstoff),
- eine Temperaturänderung (gebrannter Kalk wird in Wasser heiß),
- ein Feststoff (Niederschlag) entsteht in einer Lösung,
- eine Änderung des Zustands oder des Geruchs (Milch wird sauer).
Eine Reaktionsgleichung aufschreiben
Eine Wortgleichung benutzt Namen: Magnesium + Sauerstoff → Magnesiumoxid. Eine Reaktionsgleichung (chemische Gleichung) benutzt Formeln: Mg + O₂ → MgO. Links stehen die Edukte, rechts die Produkte, und der Pfeil bedeutet „wird zu“.
Eine Gleichung mit richtigen Formeln, aber ungleicher Atomzahl nennt man Skelettgleichung. Mg + O₂ → MgO ist so eine: links 2 O, rechts 1 O.
Eine Reaktionsgleichung Schritt für Schritt ausgleichen
Masse kann bei einer Reaktion weder entstehen noch verschwinden (Gesetz der Erhaltung der Masse). Deshalb muss jede Atomsorte auf beiden Seiten gleich oft vorkommen.
Die Probiermethode
- Schreibe die Skelettgleichung mit richtigen Formeln auf.
- Lege eine Tabelle der Atome auf jeder Seite an.
- Beginne mit der Verbindung, die die meisten Atome hat, und mit dem Element, das an den wenigsten Stellen vorkommt.
- Setze Koeffizienten (Zahlen davor), um dieses Element auszugleichen. Ändere nie die tiefgestellten Zahlen: H₂O und H₂O₂ sind verschiedene Stoffe.
- Gehe Element für Element vor; H und O hebst du dir für den Schluss auf.
- Zähle alles noch einmal nach. Nimm die kleinsten ganzen Zahlen.
Beispiel am Bildschirm
Fe + H₂O → Fe₃O₄ + H₂. Fe₃O₄ hat die meisten Atome, also beginnen wir mit O: 4H₂O links. Dann H: links 8, also 4H₂ rechts. Dann Fe: 3Fe links. Ausgeglichen: 3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂.
Gleichungen aussagekräftiger machen: Zustandssymbole und Bedingungen
Wir schreiben den Aggregatzustand hinter jede Formel: (s) fest, (l) flüssig, (g) gasförmig, (aq) aquatisch, also in Wasser gelöst. Beispiel: 3Fe(s) + 4H₂O(g) → Fe₃O₄(s) + 4H₂(g). Das (g) beim Wasser zeigt, dass Wasserdampf verwendet wird.
Bedingungen wie Wärme (Δ), Licht, ein Katalysator, Temperatur oder Druck stehen über oder unter dem Pfeil, zum Beispiel CO(g) + 2H₂(g) → CH₃OH(l) bei 340 atm.
Tipp für die Prüfung: Aufgaben zum Ausgleichen kommen fast jedes Jahr dran, meist für 1–2 Punkte, und „Schreibe die ausgeglichene Gleichung mit Zustandssymbolen“ ist bei 3-Punkte-Aufgaben häufig.
Wichtige Formeln und Definitionen
- Edukte → Produkte
- Gesetz der Erhaltung der Masse: Gesamtmasse der Edukte = Gesamtmasse der Produkte
- Koeffizient × tiefgestellte Zahl = Anzahl der Atome (2H₂O hat 4 H und 2 O)
- Zustandssymbole: (s) fest, (l) flüssig, (g) gasförmig, (aq) in Wasser gelöst
- Δ über dem Pfeil = es wird Wärme zugeführt
Gelöste Beispiele
1. Gleiche aus: H₂ + Cl₂ → HCl
Links: 2 H, 2 Cl. Rechts: 1 H, 1 Cl. Setze eine 2 vor HCl: H₂ + Cl₂ → 2HCl. Jetzt sind es auf jeder Seite 2 H und 2 Cl.
2. Gleiche aus: Mg + O₂ → MgO
Sauerstoff: links 2, rechts 1, also schreiben wir 2MgO. Dann ist Mg rechts 2, also schreiben wir 2Mg. Antwort: 2Mg + O₂ → 2MgO.
3. Gleiche aus: N₂ + H₂ → NH₃
N: links 2, also 2NH₃. Das ergibt rechts 6 H, also 3H₂ links. Antwort: N₂ + 3H₂ → 2NH₃.
4. Gleiche aus: CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O
C ist 1 = 1. H: links 4, also 2H₂O. O rechts = 2 (in CO₂) + 2 (in 2H₂O) = 4, also 2O₂. Antwort: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O.
5. Gleiche aus: Fe + H₂O → Fe₃O₄ + H₂ und ergänze Zustandssymbole (es wird Wasserdampf verwendet).
O: 4 in Fe₃O₄ → 4H₂O. H: 8 → 4H₂. Fe: 3 → 3Fe. Antwort: 3Fe(s) + 4H₂O(g) → Fe₃O₄(s) + 4H₂(g).
6. Gleiche aus: Al + O₂ → Al₂O₃
O: links 2, rechts 3. Das kleinste gemeinsame Vielfache von 2 und 3 ist 6, also 3O₂ und 2Al₂O₃. Jetzt ist Al rechts 4, also 4Al. Antwort: 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃.
Häufige Fehler
- Eine tiefgestellte Zahl ändern, um auszugleichen (H₂O₂ statt 2H₂O schreiben). Dadurch entsteht ein anderer Stoff.
- Vergessen, dass der Koeffizient jedes Atom in der Formel vervielfacht: 3H₂O hat 6 H und 3 O.
- Die Antwort mit Brüchen oder nicht kleinsten Zahlen stehen lassen, etwa 4H₂ + 2O₂ → 4H₂O. Teile durch den gemeinsamen Faktor.
- (l) und (aq) verwechseln: Wasser selbst ist (l); Salz, das in Wasser gelöst ist, ist (aq).