6. Reaktionsgleichungen 6.1 Chemisches Reaktionsschema Wortschema Reaktionsschema Beispiel 1: Kupfer und Schwefel Vorzahlen

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1 6. Reaktionsgleichungen 6.1 Chemisches Reaktionsschema Das Wortschema benennt die Ausgangsstoffe und die Reaktionsprodukte einer chemischen Reaktion. Das Reaktionsschema sagt zusätzlich etwas über das Mengenverhältnis der Stoffe aus, die miteinander reagieren. Wir schauen uns nun zwei Beispiele an. Beispiel 1: Kupfer und Schwefel Kupfer und Schwefel reagieren zu Kupfersulfid. Zunächst müssen die Namen der Stoffe durch Symbole bzw. durch Formeln ersetzt werden. Jetzt erfolgt das Einrichten des Schemas: Vorzahlen, vor das Symbol bzw. die Formel geschrieben, geben das Zahlenverhältnis der Teilchen an. In Kupfersulfid Cu 2 S verhalten sich die Kupfer- zu den Schwefelteilchen im Verhältnis 2:1. Deshalb wird vor das Elementssymbol des Kupfers als Ausgangsstoff die Vorzahl 2 geschrieben. Das Symbol des Schwefels bleibt ohne Vorzahl, was soviel wie 1 bedeutet. Eine genaue Endkontrolle verhindert, dass Fehler übersehen werden. Die Anzahl der Atome links und rechts des Reaktionspfeils muss übereinstimmen. Ist dies nicht der Fall, müssen die Vorzahlen entsprechend geändert werden. Niemals aber darf der Index einer Formel verändert werden. Der Aggregatzustand der Stoffe wird durch Buchstaben angegeben, die in Klammern dem Symbol oder der Formel als Index folgen. (s) steht für fest (solid), (I) für flüssig (liquid) und (g) für gasförmig (gasgeous). Beispiel 2: Wasserstoff und Sauerstoff Wasserstoff und Sauerstoff reagieren zu Wasser. Hierbei bilden ein Sauerstoff- und zwei Wasserstoffatome das Molekül H 2 O. Die Ausgangsstoffe Wasserstoff und Sauerstoff liegen in der Natur als zweiatomige Moleküle vor, also müssen H 2 und O 2 in das Reaktionsschema eingesetzt werden. Da sich bei der Wasserformel die Wasserstoffatome (H 2 ) mit den Sauerstoffatomen (O 2 ) stets im Verhältnis 2:1 (H 2 O) verbinden, muss deshalb vor das Elementssymbol H 2 eine 2 geschrieben werden (2 H 2 : O 2 = 2:1). Als letztes wird die Anzahl gleichartiger Atome links und rechts des Reaktionspfeils ausgeglichen: Die Anzahl der Wasserstoffatome und der Sauerstoffatome ist auf der linken Seite des Reaktionspfeils doppelt so gross wie rechts. Um diesen Fehler zu berichtigen, wird vor die Formel H 2 O die Vorzahl 2 gesetzt.

2 6.2 Aufstellen der Reaktionsgleichungen Chemische Reaktionen können in Worten beschrieben werden, besser aber noch durch eine so genannte Reaktionsgleichung, die Summenformeln oder Gruppenformeln enthält. Dabei werden Edukte (Ausgangsstoffe) und Produkte (Endstoffe) unterschieden. Die Reaktion, d.h. das chemische Geschehen, wird durch Pfeile symbolisiert. Allgemein formuliert: Edukt A + Edukt B Produkt C Beispiel der Reaktionsgleichung von Kupfer und Schwefel 1. Aufstellen des Wortschemas: Kupfer + Schwefel Kupfersulfid 2. Einsetzen der Symbole Cu + S? 3. Formel ermitteln mittels Wertigkeiten I I I Cu 2 S 4. Bilanz der Atome links und rechs Cu + S Cu 2 S links rechts Cu: 1 Atom Cu: 2 Atome S: 1 Atom S: 1 Atom 5. Atome links und rechts ausgleichen. 2 Cu + S Cu 2 S Merke: An einer Formel selbst darf die tiefgestellte Zahl (= Index - Cu 2 S) nicht verändert werden, da sie die mengenmässige Zusammensetzung der Teilchen innerhalb der Verbindung angibt. 6.Endkontrolle links rechts 2 Atome C u 2 Atome Cu 1 Atom S 1 Atom S

3 6.3 Einflüsse auf chemische Reaktionen Temperatur Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion ist abhängig von der herrschenden Temperatur. Mit einer um 10 C erhöhten Temperatur laufen chemische Reaktionen doppelt so schnell ab, mit um 10 C herabgesetzter Temperatur nur noch halb so schnell. Druck Die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen ist abhängig vom herrschenden Aussendruck. Erhöhter Aussendruck bewirkt eine Beschleunigung der Reaktion, erniedrigter Druck eine Verlangsamung. Stoffkonzentration Die Stoffkonzentration gibt die Menge eines gelösten Stoffes, bezogen auf das Volumen der Lösung. Je höher die Konzentration der Ausgangsstoffe (Edukte) ist, desto schneller verlaufen chemische Reaktionen. Aber: Je höher die Konzentration der Endstoffe (Produkte) ist, desto langsamer verlaufen chemische Reaktionen.

4 Stoffverteilung Die Stoffverteilung gibt an, wie gut die Teilchen verteilt sind. Je besser der Stoff verteilt und durchmischt ist, desto besser und schneller reagiert er. Katalysatoren und Enzyme Katalysatoren sind Zusatzstoffe, die chemische Reaktionen ermöglichen oder beschleunigen. Sie werden bei der Reaktion nicht "verbraucht". Enzyme sind Eiweisse mit Katalysatorenwirkung

5 6.4 Das Gesetz von der Erhaltung der Masse Bei chemischen Reaktionen werden Atome umgruppiert. Jedes dieser Atome hat eine bestimmte Atommasse. Weil bei einer chemischen Reaktion keine Atome "verloren gehen", muss die Gesamtmasse der Stoffe vor der Reaktion gleich der Gesamtmasse der Stoffe nach der Reaktion sein. Dieser Sachverhalt lässt sich an einem Reaktionsschema verfolgen. Dort ist die Summe der Massenzahlen der Stoffe links und rechts des Reaktionspfeils gleich. Das Massenerhaltungsgesetz veranschaulicht im Modell, durch Massenzahlen und ein Reaktionsschema. Bei chemischen Reaktionen ist die Masse der Ausgangsstoffe ebensogross wie die Masse der Reaktionsprodukte

6 6.5 Aufgaben Eine Reihe von Elementen wurden in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts, in einer Zeit, des zunehmenden Nationalismus, aufgefunden und nach den Heimatländern ihrer Entdeckern benannt. Suchen Sie einige Beispiele dafür Was bedeuten die folgenden Formelschreibweisen in Worten: HCl, CO 2, H 3 PO 4, 3 Fe, 2 O 2, 4 NH Wie lauten die Formeln für die folgenden Substanzen: a) Vier Stickstoffmoleküle, bestehend aus je zwei Stickstoffatomen b) Zwei Moleküle Kohlenstoffmonoxid, bestehend aus je einem Kohlenstoff- und einem Sauerstoffatom. c) Ein Molekül Rübenzucker, bestehend aus 12 Kohlenstoff-, 22 Wasserstoff- und 11 Sauerstoffatomen.

7 6.5.4 Sauerstoff (O) reagiert mit Wasserstoff (H) zu Wasser. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung auf (inkl. Ausgleichen) Stickstoff reagiert mit Wasserstoff zu Ammoniak. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung auf (inkl. Ausgleichen).

8 6.5.6 Eine Pflanze braucht zum Gedeihen Licht, Kohlenstoffdioxid und Wasser. Dabei produziert sie daraus in ihrer Photosynthese Zucker (C 6 H 12 O 6 ) und Sauerstoff. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung der Photosynthese auf und gleichen Sie diese aus Silber (I) und Schwefel (II) reagieren zu Silbersulfid. Notieren Sie sich die Reaktionsgleichung.

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