Lernziel: Du erkennst den Unterschied zwischen Stoffmischung und chemischer Reaktion, kannst einfache Reaktionsgleichungen ausgleichen und den Energieumsatz erklären. Vorwissen: Stoffe und Teilchen.
Wann entsteht ein neuer Stoff?
Ein Eiswürfel schmilzt, ein Zuckerwürfel löst sich und ein Eisennagel rostet. In allen Fällen verändert sich etwas Sichtbares. Doch nur beim Rosten entstehen in diesem Vergleich neue Stoffe. Eisen reagiert unter Beteiligung von Sauerstoff und Wasser zu verschiedenen Eisenverbindungen.
Die Ausgangsstoffe einer chemischen Reaktion heißen Edukte, die entstehenden Stoffe Produkte. Bei gewöhnlichen chemischen Reaktionen werden Atome neu miteinander verbunden; ihre Atomkerne bleiben unverändert. Aus Wasserstoffatomen werden dabei keine Sauerstoffatome.
Hinweise sind noch kein Beweis
Gasentwicklung, Licht, eine Temperaturänderung, ein Farbumschlag oder ein Niederschlag können auf eine Reaktion hinweisen. Man muss aber den Zusammenhang prüfen: Beim Kochen von Wasser entstehen ebenfalls Blasen, ohne dass ein neuer Stoff entsteht. Umgekehrt können chemische Reaktionen fast unbemerkt ablaufen.
Eine Reaktionsgleichung lesen
Wasserstoff reagiert mit Sauerstoff zu Wasser. Die Formeln der Stoffe sind H₂, O₂ und H₂O. Eine ausgeglichene Gleichung lautet:
2 H2 + O2 → 2 H2O
| Atomsorte | Links: Edukte | Rechts: Produkte |
|---|---|---|
| Wasserstoff H | 2 × 2 = 4 Atome | 2 × 2 = 4 Atome |
| Sauerstoff O | 1 × 2 = 2 Atome | 2 × 1 = 2 Atome |
Die große Zahl vor einer Formel gilt für das ganze Molekül. Die kleine tiefgestellte Zahl gehört zur Stoffformel. 2 H₂O bedeutet zwei Wassermoleküle; H₂O₂ bezeichnet den anderen Stoff Wasserstoffperoxid. Zum Ausgleichen änderst du nur die Zahlen vor den Formeln.
So gleichst du eine einfache Gleichung aus
- Notiere zuerst die richtigen Formeln: H₂ + O₂ → H₂O.
- Zähle jede Atomsorte links und rechts. Sauerstoff ist noch nicht ausgeglichen.
- Setze vor H₂O die Zahl 2. Damit stehen auf beiden Seiten zwei O-Atome.
- Rechts stehen nun vier H-Atome. Setze deshalb auch vor H₂ die Zahl 2.
- Kontrolliere alle Atomsorten und verwende das kleinste ganzzahlige Zahlenverhältnis.
Die Gleichung beschreibt ein Mengenverhältnis, keinen vorgeschriebenen Ablauf einzelner Zusammenstöße. Zwei Wasserstoffmoleküle reagieren mengenmäßig mit einem Sauerstoffmolekül zu zwei Wassermolekülen. Das Zahlenverhältnis ist kein Massenverhältnis.
Warum bleibt die Masse erhalten?
Wenn keine Stoffe hinein- oder hinausgelangen, ist die Gesamtmasse vor und nach einer gewöhnlichen chemischen Reaktion praktisch gleich. Die Atome werden umgeordnet. In einem offenen Gefäß kann die gemessene Masse trotzdem sinken, wenn ein Gas entweicht, oder steigen, wenn ein Stoff Sauerstoff aus der Luft aufnimmt.
Beispiel: Reagieren 12 g Kohlenstoff vollständig mit 32 g Sauerstoff ausschließlich zu Kohlenstoffdioxid, entstehen 44 g Kohlenstoffdioxid. Die zusätzliche Masse stammt aus dem Sauerstoff. Sie ist nicht neu entstanden.
Energie gehört dazu
Eine exotherme Reaktion gibt insgesamt Energie an die Umgebung ab. Eine endotherme Reaktion nimmt insgesamt Energie auf. Trotzdem benötigt auch eine exotherme Reaktion häufig einen Startimpuls: die Aktivierungsenergie.
Zum Trennen chemischer Bindungen wird Energie benötigt; beim Bilden neuer Bindungen wird Energie frei. Welche Seite überwiegt, bestimmt die Energiebilanz. Ein Katalysator ermöglicht einen Reaktionsweg mit geringerer Aktivierungsenergie. Er verändert nicht die Energiedifferenz zwischen Edukten und Produkten und wird in der Gesamtreaktion nicht verbraucht.
Die Wasserstoffreaktion dient hier nur als Rechenbeispiel. Mischungen aus Wasserstoff und Sauerstoff können explosionsartig reagieren und sind kein Versuch für zu Hause.
Teste dein Verständnis
- Warum ist die Blasenbildung beim Sieden allein kein Beweis für eine chemische Reaktion?
- Gleiche aus: Mg + O₂ → MgO.
- In einem geschlossenen System reagieren 7 g Eisen vollständig mit 4 g Schwefel zu einem einzigen Produkt. Welche Masse entsteht?
- Warum kann eine exotherme Reaktion eine Zündung benötigen?
Lösungen anzeigen
- Die Blasen enthalten gasförmiges Wasser. Es ändert sich der Aggregatzustand, nicht die Stoffart.
- 2 Mg + O₂ → 2 MgO. Auf beiden Seiten stehen zwei Mg- und zwei O-Atome.
- 11 g. Da nichts entweicht oder hinzukommt, bleibt die Gesamtmasse erhalten.
- Zunächst muss die Aktivierungsenergie überwunden werden. Der anfängliche Energiebedarf widerspricht einer insgesamt exothermen Bilanz nicht.
Verbindungen: Reaktionen in lebenden Zellen · Energie und Energieumwandlung
Quellen und weiterführendes Wissen
- OpenStax: Reaktionsgleichungen ausgleichen (englisch)
- OpenStax: Reaktionen und Mengenverhältnisse (englisch)
Stand: 18. Oktober 2026. Erklärungen und Aufgaben für die Mittelstufe; gekennzeichnete Vertiefungen führen weiter.