Chemie Grundlagen

Chemie Grundlagen
Physikalische Chemie

Reaktionsgleichung

In der Chemie verwendest du Reaktionsgleichungen, um eine Reaktion zwischen verschiedenen Stoffen symbolisch darzustellen. In diesem Beitrag zeigen wir dir wie du so eine Reaktionsgleichung aufstellen kannst.

Du willst das ganze kurz und knapp zusammengefasst in einem Video erklärt bekommen? Dann schau doch hier  mal rein.

Inhaltsübersicht

Reaktionsgleichung einfach erklärt

Chemische Stoffe können miteinander reagieren und in andere Verbindungen umgeformt werden. In der Chemie kannst du eine solche Reaktion als Reaktionsgleichung darstellen. Diese wird auch oft als Reaktionsschema bezeichnet. Dabei schreibst du auf die linke Seite deine Ausgangsstoffe und auf die rechte das Endergebnis mit den jeweiligen Elementsymbolen. Die zwei Seiten verbindest du dann mit einem Pfeil, der die Richtung der Reaktion angibt.

Aufbau einer Reaktionsgleichung, Reaktionsschema
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Aufbau einer Reaktionsgleichung

Du solltest ebenfalls darauf achten, dass die Reaktionsgleichung richtig stöchiometrisch aufgestellt ist. Das bedeutet auf der linken Seite der Gleichung befindet sich die selbe Menge an Stoffen, wie auf der rechten Seite. Auch muss die Gesamtladung auf beiden Seiten gleich sein. Die Ausgangsstoffe, also die Stoffe auf der linken Seite der Gleichung werden Edukte genannt und das Endergebnis bezeichnet man als Produkte.

Reaktionsgleichungen

In Reaktionsgleichungen müssen die Edukte und Produkte im gleichen stöchiometrischen Verhältnis zueinander stehen. Links der Gleichung müssen also genauso viele Atome sein, wie rechts davon. Um das zu erreichen gibt es die stöchiometrische Zahlen. Da diese Zahlen vor dem Stoff in der Reaktionsgleichung stehen werden sie auch stöchiometrische Koeffizienten genannt.

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Stöchiometrische Koeffizienten

Die Koeffizienten stehen vor dem jeweiligen Atom oder Molekül und geben an, wie viel von dem Stoff für die Reaktion benötigt wird. Die Zahl 1 wird dabei nicht geschrieben. Die stöchiometrische Zahl kann ebenfalls in der Einheit Mol interpretiert werden. Im Kapitel zur Verbrennung von Methan schauen wir uns den Koeffizient an einem Beispiel an.

Index

Zusätzlich gibt es noch den Index in einer Reaktionsgleichung. Er gibt an wie viele gleiche Atome in einem Molekül gebunden sind. Du musst aber aufpassen, dass du bei dem Aufstellen eines Reaktionsschemas nichts am Index eines Moleküls änderst. Es würde sich sonst eine andere Verbindung und damit ein komplett anderer Stoff ergeben. Möchtest du die Menge in der chemischen Gleichung ändern, so benutze immer die stöchiometrischen Koeffizienten.

Verbrennung von Methan

Bei einer Verbrennung reagiert der Ausgangsstoff mit Sauerstoff und als Nebenprodukt entsteht Wasser. Unser Ausgangsstoff, der verbrennt werden soll, ist ein Methanmolekül.

CH4 + 2 O2 \rightarrow CO2 + 2 H2O

Methan (CH4) hat als stöchiometrische Zahl in dieser chemischen Reaktionsgleichung eine 1. Sie muss nicht geschrieben werden. Außerdem besitzt der Wasserstoff als Index eine 4. Das bedeutet, dass 4 verschiedene Wasserstoffatome an einem Kohlenstoffatom gebunden sind.

In der Beispielreaktion werden für ein Methan (CH4) zwei Sauerstoffmoleküle (O2) bei der Verbrennung benötigt. Du siehst, dass es auch auf der rechten Seite durch ein Kohlenstoffdioxidmolekül (CO2) und zwei Wassermolekülen (H20) wieder vier Sauerstoffatome gibt. So sind die Sauerstoffatome zwischen Edukten und Produkten gleich und damit ausgeglichen. Auch die Anzahl der Kohlensotffatome (C) und Wasserstoffatome (H) ist links und rechts die gleiche.

Du kannst die Reaktionsgleichung ebenfalls in der Einheit Mol interpretieren. Ein Mol Methan reagiert mit zwei Mol Sauerstoff zu einem Mol Kohlenstoffdioxid und zwei Mol Wasser.

Reaktionspfeil

In einer Reaktionsgleichung gibt es zudem verschiedene Reaktionspfeile, die du in den chemischen Reaktionsgleichungen benutzen kannst. Zum einen gibt es den ganz normalen Pfeil, der dir die Richtung der Reaktion anzeigt. In dem unteren Beispiel kannst du sehen, dass zwei Natriumatome und ein Chlormolekül zu zwei Teilchen Natriumchlorid reagieren.

2 Na + Cl2 \rightarrow 2 NaCl

Die Reaktion läuft von links nach rechts.

Ebenfalls kannst du sogenannte Gleichgewichtsreaktionen mit einem Doppelpfeil abbilden.

I2 + H2 \rightleftharpoons 2 HI

Hier verläuft die Reaktion nicht vollständig in eine Richtung. Zwar reagiert Iod mit Wasserstoff zu Iodwasserstoff, dieses zerfällt aber auch wieder in seine Bestandteile. So läuft die chemische Reaktion von links nach rechts und von rechts nach links ab. In dem Artikel zu dem Massenwirkungsgesetz zeigen wir dir, wie du das chemische Gleichgewicht der Reaktionsgleichung genauer bestimmen und sogar berechnen kannst.

Reaktionsgleichung aufstellen

Es gibt verschiedene Arten der Reaktionsgleichungen in der Chemie. Einige wären die Redoxreaktionen , die Verbrennung, die Substitution , die Säure Base Reaktion oder die Fällung. All diese haben unterschiedliche Eigenschaften und laufen verschiedenartig ab. Beispielsweise reagiert bei einer Verbrennung der Ausgangsstoff immer mit Sauerstoff und als Nebenprodukt ergibt sich immer Wasser.

Somit ist es sehr schwer ein allgemeines Verfahren für das Aufstellen von Reaktionsgleichungen festzulegen. Im Groben kannst du aber folgende Schritte immer durchführen, um der wirklichen Gleichung näher zu kommen.

Zum einen kannst du die verschiedenen Reaktionspartner definieren und festlegen was als Edukt reagiert und welcher Stoff dabei rauskommt. Das kannst du in einer sogenannten chemischen Wortgleichung festhalten. Eine Wortgleichung wäre zum Beispiel:

Wasserstoff + Sauerstoff \rightarrow Wasser

Du kannst auch gleich den Pfeil definieren, indem du dich fragst in welche Richtung die Reaktion abläuft oder ob es sich um eine Gleichgewichtsreaktion handelt. In unserem Fall reagiert Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser.

Nun kannst du die Wortgleichung in die Symbolschreibweise für die Reaktionsgleichung überführen. Dabei verwendest du einfach die Elementsymbole der Stoffe.

H + O \rightarrow H20

Jetzt musst du wissen, dass Wasserstoff nicht einzeln vorkommt und Sauerstoff unter Normalbedingungen auch als Verbindung zwischen zwei Sauerstoffatomen vorliegt. Somit würde sich ergeben:

H2 + O2 \rightarrow H2O

Reaktionsgleichung ausgleichen

Die Reaktionsgleichung musst du noch stöchiometrisch ausgleichen. Das bedeutet die Anzahl der Atome muss rechts und links die selbe sein.

Für Wasserstoff würde das auch stimmen, nur beim Sauerstoff leider nicht. Hier stehen zwei Atome links auf der Seite der Edukte und nur eines bei den Produkten.

Du benötigst auf der rechten Seite zwei Sauerstoffatome, also schreiben wir eine 2 als stöchiometrische Zahl vor das Wasser.

H2 + O2 \rightarrow 2 H2O

Als Ergebnis ist zu viel Wasserstoff in der Reaktionsgleichung vorhanden. Aus zwei Wasserstoffatomen können nicht vier entstehen. Das musst du wieder ausgleichen und es ergibt sich:

2 H2 + O2 \rightarrow 2 H2O

Das wäre die stöchiometrische ausgeglichene Reaktionsgleichung. Die Ladung musst du hier nicht ausgleichen, da alle Atome mit neutraler Ladung vorliegen.

Beispielreaktionen

In diesem Abschnitt zeigen wir dir ein paar wichtige Reaktionsgleichungen auf.

Eine der wichtigsten Gleichungen ist die der Photosynthese . Dabei reagiert Kohlenstoffdioxid (CO2) mit Wasser (H2O) zu Glucose (C6H12O6) und Sauerstoff (O2):

6 CO2 + 6 H20 \rightarrow C6H12O6 + 6 O2

Dabei musst du berücksichtigen, dass die Reaktion nur mit der Hilfe von Licht abläuft.

Um Kochsalz (NaCl) herzustellen benötigst du Natrium (N) und Chlor (Cl).

2 Na + Cl2 \rightarrow 2 NaCl

Für Ammoniak (NH3) benötigst du Stickstoff (N) und Wasserstoff (H):

N2 + H2 \rightarrow NH3

Die Herstellung von metallischem Eisen (Fe) erfolgt über in der Natur vorkommendes Eisenoxid (Fe2O3), das mit Kohlenstoffmonoxid (CO) zu Eisen und Kohlendioxid reagiert.

Fe2O3 + 3 CO \rightarrow 2 Fe + 3 CO2

Außerdem zeigen wir dir die Reaktionsgleichung für eine Fehling Probe in diesem Video .

Zusatzangaben Reaktionsgleichung

In der Reaktionsgleichung kann hinter den jeweiligen Elementen in runden Klammern ein Buchstabe stehen. Dieser gibt dir an, in welchem Aggregatszustand das Element vorliegt. Dabei steht l für flüssig, g für gasförmig und s für fest.

Auf unsere Beispielreaktion angewandt, würde das wie folgt aussehen:

2 H_2_{(g)} + O_2_{(g)} \rightarrow 2 H_2O_{(l)}

Gasförmiger Wasserstoff und Sauerstoff reagiert zu flüssigem Wasser.

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