Grundlagen chemischer Reaktionen und Gesetze

Gesetz der Erhaltung der Masse

In einer chemischen Reaktion bleibt die Masse erhalten. Dies bedeutet, dass die Gesamtmasse der Produkte gleich der Gesamtmasse der Reaktionspartner ist, die umgesetzt wurden.

Gesetz der Erhaltung der Masse

Gesetz der konstanten Proportionen

Die Reagenzien, die an einer chemischen Reaktion beteiligt sind, reagieren immer in festgelegten Proportionen.

Beispiel: Wenn Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser reagieren, reagiert immer 1 g Wasserstoff mit 8 g Sauerstoff, um Wasser zu bilden. Die Proportionen sind:

Wenn mehr von einem Stoff vorhanden ist, bleibt dieser ohne Reaktion zurück. Wenn wir 4 g Wasserstoff und 24 g Sauerstoff mischen, reagieren nur 3 g Wasserstoff mit 24 g Sauerstoff; 1 g Wasserstoff bleibt unverbraucht.

Ein Modell zur Erklärung: Die Atome

Im Jahre 1808 lieferte John Dalton eine Erklärung, warum chemische Reaktionen dem Gesetz der Erhaltung der Masse und der konstanten Proportionen folgen. Seine Theorie basiert auf folgenden Punkten:

• Materie besteht aus Atomen.
• Alle Atome eines Elements sind gleich, aber verschieden von anderen Elementen.
• In einer chemischen Reaktion ordnen sich die Atome neu an, um neue Substanzen zu bilden. Die Atome selbst bleiben jedoch erhalten (weder erzeugt noch vernichtet), weshalb sich die Masse bei der Reaktion nicht ändert.

Daltons Atomtheorie

Aus atomarer Sicht entstehen bei einer chemischen Reaktion neue Substanzen, sogenannte Produkte. Da sich die Anzahl und Art der Atome nicht ändert, bleibt die Masse bei der Reaktion konstant.

Einstellung chemischer Reaktionen

Beim Ausgleichen chemischer Gleichungen muss beachtet werden, dass bei der Reaktion keine Atome „gewonnen“ oder „verloren“ werden. Es muss die gleiche Anzahl an Atomen jeder Art auf der Seite der Reaktanden und der Produkte vorhanden sein. Dies ist die Bedingung für die Erhaltung der Masse. Wir dürfen jedoch nicht die Formeln der Stoffe ändern, um die Anzahl der Atome anzugleichen.

Beispiel: Wenn Eisen oxidiert, entsteht Eisen(II)-oxid. Symbolisch geschrieben:

Fe + O₂ → FeO

Wie hier geschrieben, reagiert 1 Atom Eisen mit 2 Sauerstoffatomen zu einem Molekül mit 1 Eisen- und 1 Sauerstoffatom. Das ist nicht möglich, da die Anzahl der Atome auf beiden Seiten gleich sein muss.

Daher verwenden wir Koeffizienten vor den Formeln, um die Anzahl der Atome auszugleichen:

2 Fe + O₂ → 2 FeO

Das bedeutet, dass 2 Eisen-Atome mit einem Sauerstoff-Molekül zu 2 Molekülen FeO reagieren. Diesen Vorgang nennt man das Ausgleichen einer chemischen Reaktion. Es ist notwendig, die Zahlen vor die Symbole und Formeln zu setzen, damit auf atomarer Ebene das Gesetz der Erhaltung der Masse erfüllt ist.