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Beschreibung chemischer<br />
Reaktionen<br />
Was ist eine chemische Reaktion?<br />
Ausgangsstoffe Chemische Reaktion = Reaktionswerden<br />
durch Umgruppierung<br />
von Atomen zu<br />
produkten<br />
Beispiel<br />
s<br />
12 chem_is_try • <strong>AppliChem</strong> © 2010<br />
s<br />
C + O2 CO2 Kohlenstoff Sauerstoff reagieren zu Kohlendioxid<br />
s<br />
Merke<br />
• Eine chemische Reaktion ist die Umwandlung<br />
von Ausgangsstoffen in Reaktionsprodukte<br />
mit neuen Eigenschaften.<br />
• Die Zahl der Atome im Reaktionsprodukt<br />
(bzw. in den Reaktionsprodukten) ist gleich der<br />
Zahl der Atome in den Ausgangsstoffen.<br />
• Reaktionen, die Energie (Wärme) liefern, nennt<br />
man exotherm.<br />
• Reaktionen, die nur unter Zufuhr von Energie<br />
ablaufen, nennt man endotherm.<br />
Aufstellen und Aussage chemischer<br />
Reaktionsgleichungen<br />
Eine vollständige chemische Gleichung entspricht<br />
einer algebraischen Beziehung, bei der alle Ausgangsstoffe<br />
(Edukte) auf der linken Seite und alle Reaktionsprodukte<br />
(Produkte) auf der rechten Seite angeführt werden. Die<br />
Atomzahlen der beteiligten Elemente müssen auf beiden<br />
Seiten der Gleichung gleich sein. Dies impliziert, dass auch<br />
die Summen der Massen auf beiden Seiten den gleichen Wert<br />
aufweisen. Zum Ausdruck kommt dies in dem Gesetz von der<br />
Erhaltung der Masse (Lavoisier 1774):<br />
„Bei allen chemischen Vorgängen bleiben die Gesamtmassen<br />
der reagierenden Stoffe konstant.“<br />
Da jede chemische Reaktion mit einer Energieveränderung<br />
des Systems verbunden ist, handelt es sich hierbei nur um<br />
ein Grenzgesetz. Die aufgenommene oder freigesetzte Energie<br />
entspricht einem Massengewinn oder Massenverlust, der<br />
über die Einstein’sche Äquivalenzbeziehung:<br />
E = m . c 2 (c = Vakuum – Lichtgeschwindigkeit)<br />
errechnet werden kann. Da diese Massenveränderungen<br />
jedoch nur in der Größenordnung von 10 –12 kg liegen, können<br />
sie bei chemischen Untersuchungen unberücksichtigt bleiben.<br />
In einer Reaktionsgleichung werden die Stoffe durch<br />
ihre Symbole oder Formeln gekennzeichnet. Ausgangsstoffe<br />
stehen „links“, Reaktionsprodukte „rechts“.<br />
Beispiel Reaktionsgleichung<br />
2 H2 + O2 2 H2O Wasserstoff Sauerstoff reagieren zu Wasser<br />
s<br />
Der Aussagewert der chemischen Reaktions-<br />
gleichung liegt auf drei Ebenen:<br />
1. Ebene der Atome und Moleküle<br />
2 Wasserstoffmoleküle + 1 Sauerstoffmolekül reagieren zu<br />
2 Wassermolekülen<br />
2. Molare Aussage: Stoffmengen<br />
Durch Multiplikation der Gleichung mit der Avogadro-<br />
Konstanten (N A = 6,02 x 10 23 ) kommt man zu einer Stoff-<br />
mengenaussage. 2 mol Wasserstoffmoleküle + 1 mol Sauer-<br />
stoffmoleküle reagieren zu 2 mol Wassermolekülen.<br />
3. Massen-Aussage: Stoffmassen<br />
Da im PSE die molaren Massen der Monoelemente ver-<br />
zeichnet sind, lassen sich aus (2.) leicht die entsprechen-<br />
den Stoffmassen errechnen: 4,03176 g Wasserstoff +<br />
31,9988 g Sauerstoff reagieren zu 36,03056 g Wasser.<br />
Fazit: Aussagewert chemischer Gleichungen:<br />
2 H 2 + O 2 > 2 H 2O<br />
2 Moleküle 1 Molekül 2 Moleküle<br />
2 x 6,02 x 10 23 + 6,02 x 10 23 > 2 x 6,02 x 10 23<br />
Moleküle Moleküle Moleküle<br />
2 mol + 1 mol > 2 mol<br />
4,03176 g + 31,9988 g > 36,03056<br />
Damit kann man mit Hilfe von Massenproportionen<br />
bei gegebenen Ausgangsstoffen die Reaktions-<br />
produkte oder bei gegebenen Reaktionsprodukten<br />
die einzusetzenden Ausgangstoffe in Form von<br />
Massen oder Volumina berechnen. Dies ist Gegenstand<br />
so genannter „stöchiometrischer Berech-<br />
nungen“ bzw. Stöchiometrie.