Wissenswertes zum Nachschlagen aus der Chemie und Biologie

Beschreibung chemischer
Reaktionen
Was ist eine chemische Reaktion?
Ausgangsstoffe Chemische Reaktion = Reaktionswerden
durch Umgruppierung
von Atomen zu
produkten
Beispiel
s
12 chem_is_try • AppliChem © 2008
s
C + O2 CO2 Kohlenstoff Sauerstoff reagieren zu Kohlendioxid
s
Merke
• Eine chemische Reaktion ist die Umwandlung
von Ausgangsstoffen in Reaktionsprodukte
mit neuen Eigenschaften.
• Die Zahl der Atome im Reaktionsprodukt
(bzw. in den Reaktionsprodukten) ist gleich der
Zahl der Atome in den Ausgangsstoffen.
• Reaktionen, die Energie (Wärme) liefern, nennt
man exotherm.
• Reaktionen, die nur unter Zufuhr von Energie
ablaufen, nennt man endotherm.
Aufstellen und Aussage chemischer
Reaktionsgleichungen
Eine vollständige chemische Gleichung entspricht
einer algebraischen Beziehung, bei der alle Ausgangsstoffe
(Edukte) auf der linken Seite und alle Reaktionsprodukte
(Produkte) auf der rechten Seite angeführt werden. Die
Atomzahlen der beteiligten Elemente müssen auf beiden
Seiten der Gleichung gleich sein. Dies impliziert, dass auch
die Summen der Massen auf beiden Seiten den gleichen Wert
aufweisen. Zum Ausdruck kommt dies in dem Gesetz von der
Erhaltung der Masse (Lavoisier 1774):
„Bei allen chemischen Vorgängen bleiben die Gesamtmassen
der reagierenden Stoffe konstant.“
Da jede chemische Reaktion mit einer Energieveränderung
des Systems verbunden ist, handelt es sich hierbei nur um
ein Grenzgesetz. Die aufgenommene oder freigesetzte Energie
entspricht einem Massengewinn oder Massenverlust, der
über die Einstein’sche Äquivalenzbeziehung:
E = m . c 2 (c = Vakuum – Lichtgeschwindigkeit)
errechnet werden kann. Da diese Massenveränderungen
jedoch nur in der Größenordnung von 10 –12 kg liegen, können
sie bei chemischen Untersuchungen unberücksichtigt bleiben.
In einer Reaktionsgleichung werden die Stoffe durch
ihre Symbole oder Formeln gekennzeichnet. Ausgangsstoffe
stehen „links“, Reaktionsprodukte „rechts“.
Beispiel Reaktionsgleichung
2 H2 + O2 2 H2O Wasserstoff Sauerstoff reagieren zu Wasser
s
Der Aussagewert der chemischen Reaktions-
gleichung liegt auf drei Ebenen:
1. Ebene der Atome und Moleküle
2 Wasserstoffmoleküle + 1 Sauerstoffmolekül reagieren zu
2 Wassermolekülen
2. Molare Aussage: Stoffmengen
Durch Multiplikation der Gleichung mit der Avogadro-
Konstanten (N A = 6,02 x 10 23 ) kommt man zu einer Stoff-
mengenaussage. 2 mol Wasserstoffmoleküle + 1 mol Sauer-
stoffmoleküle reagieren zu 2 mol Wassermolekülen.
3. Massen-Aussage: Stoffmassen
Da im PSE die molaren Massen der Monoelemente ver-
zeichnet sind, lassen sich aus (2.) leicht die entsprechen-
den Stoffmassen errechnen: 4,03176 g Wasserstoff +
31,9988 g Sauerstoff reagieren zu 36,03056 g Wasser.
Fazit: Aussagewert chemischer Gleichungen:
2 H 2 + O 2 > 2 H 2O
2 Moleküle 1 Molekül 2 Moleküle
2 x 6,02 x 10 23 + 6,02 x 10 23 > 2 x 6,02 x 10 23
Moleküle Moleküle Moleküle
2 mol + 1 mol > 2 mol
4,03176 g + 31,9988 g > 36,03056
Damit kann man mit Hilfe von Massenproportionen
bei gegebenen Ausgangsstoffen die Reaktions-
produkte oder bei gegebenen Reaktionsprodukten
die einzusetzenden Ausgangstoffe in Form von
Massen oder Volumina berechnen. Dies ist Gegenstand
so genannter „stöchiometrischer Berech-
nungen“ bzw. Stöchiometrie.