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Chemische Reaktionen

Brennendes Gas, rostendes Eisen und Natron, das in Essig schäumt: Dabei verbinden sich Atome mit neuen Partnern. Gleiche Reaktionsgleichungen mithilfe von Balken für die Atomzahlen aus, wiege eine Reaktion im geschlossenen und im offenen Gefäß und beobachte, wie Teilchen bei höherer Temperatur schneller zusammenstoßen.

Fortschritt

Über diesen Kurs

Lässt du einen Eiswürfel schmelzen, hast du immer noch Wasser. Löst du Zucker in Tee auf, sind die Zuckermoleküle immer noch Zucker, nur verteilt. Das sind physikalische Veränderungen. Eine chemische Veränderung erzeugt dagegen immer Stoffe, die sich von den vorherigen unterscheiden: Rost ist ein anderer Stoff als das Eisen, der Sauerstoff und das Wasser, aus denen er entstanden ist. In diesem Kurs geht es darum, was bei einer solchen Veränderung gleich bleibt, nämlich jedes einzelne Atom.

Die sechs Einheiten sind: was eine chemische Reaktion ist, Gleichungen ausgleichen, Massenerhaltung, Reaktionstypen, Energie bei Reaktionen und Reaktionsgeschwindigkeiten. Schreibe die Verbrennung von Wasserstoff als H₂ + O₂ → H₂O und zähle nach: links zwei Sauerstoffatome, rechts nur eines, also ist eines verschwunden, was nicht sein kann. Die Massenerhaltung bekommt ein durchgerechnetes Beispiel in Mol. CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O hat 80.039 g Edukte, und auch die Produkte ergeben zusammen 80.039 g. Ein Holzscheit wiegt einige Kilogramm und die Asche weit weniger, während ein Nagel beim Rosten schwerer wird, weil die Waage die Gase nicht mitgewogen hat. Zu den Reaktionstypen gehört die Verdrängungsreaktion, etwa wenn ein Kupferdraht in Silbernitratlösung Silberkristalle ansetzt, während die Flüssigkeit blau wird. Die Balken zur Atomzahl im Labor zeigen, dass jede Reaktion alle Atome behält, mit denen sie begonnen hat.

Energie und Reaktionsgeschwindigkeit schließen den Kurs ab. Haben die Produkte weniger Enthalpie als die Edukte, ist ΔH negativ und die Reaktion ist exotherm. Die Stoßtheorie erklärt Reaktionsgeschwindigkeiten mit drei Gedanken: Teilchen müssen aufeinandertreffen, sich in der richtigen Ausrichtung treffen und hart genug stoßen, um die Aktivierungsenergie zu erreichen. Im Teilchenmodell nutzt das Labor eine abgesenkte Energiebarriere, damit Reaktionen innerhalb weniger Sekunden ablaufen.

Bevor du anfängst

Die Gleichungen hier werden mit Formeln wie CH₄ und Fe₂O₃ geschrieben, daher solltest du wissen, was Atome und Moleküle sind. Atome und Chemische Bindungen decken das ab. Die Einheit zur Massenerhaltung nutzt außerdem molare Massen in g/mol, die der Kurs zu den Bindungen einführt.

Wenn du fertig bist

Du kannst Gleichungen wie Fe + O₂ → Fe₂O₃ ausgleichen, zeigen, dass die Masse erhalten bleibt, wenn Methan verbrennt, und Reaktionen in Synthese, Zersetzung, einfache und doppelte Austauschreaktionen, Verbrennung und Redoxreaktionen einteilen. Du berechnest außerdem die Wärme beim Verbrennen von zwei Mol Methan und erklärst, warum Sägemehl schneller brennt als ein Holzscheit und warum sich Essen im Kühlschrank länger hält.

  1. 1Was ist eine chemische Reaktion?Aus einem Methanmolekül und zwei Sauerstoffmolekülen entstehen ein Kohlenstoffdioxidmolekül und zwei Wassermoleküle. Dabei geht kein einziges Atom verloren.
  2. 2Reaktionsgleichungen ausgleichenWasserstoff und Sauerstoff bilden Wasser nur im Verhältnis 2 : 1 : 2, denn ein O₂-Molekül liefert genug Sauerstoff für zwei Wassermoleküle.
  3. 3MassenerhaltungVerbrennen 16.04 g Methan in 64.00 g Sauerstoff, entstehen 44.01 g Kohlenstoffdioxid und 36.03 g Wasser: vorher wie nachher 80.04 g.
  4. 4Arten chemischer ReaktionenTauche einen Kupferdraht in Silbernitratlösung: Silberkristalle wachsen darauf und die Flüssigkeit färbt sich blau. Kupfer hat den Platz von Silber eingenommen.
  5. 5Energie bei chemischen ReaktionenBei der Verbrennung eines Mols Methan, 16 g, werden 890.8 kJ Wärme frei. Das reicht, um etwa 2.7 Liter Wasser von 20 °C auf 100 °C zu erhitzen.
  6. 6ReaktionsgeschwindigkeitenBei vielen Reaktionen verdoppelt eine Temperaturerhöhung um 10 °C ungefähr die Geschwindigkeit. Deshalb halten sich Lebensmittel im Kühlschrank tagelang, verderben aber auf einer warmen Arbeitsplatte.

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Quellen zu diesem Kurs (14)
  • OpenStax Chemistry 2e (openstax.org/books/chemistry-2e): 1.2 law of conservation of matter, 1.3 chemical change (rust, combustion, cooking and rotting)
  • 4.1 balancing by inspection (CH4 + 2O2, 2H2O to 2H2 + O2, 2N2 + 5O2 to 2N2O5)
  • 4.2 precipitation (PbI2 from KI and Pb(NO3)2, AgCl insoluble)
  • redox (Na + Cl2, copper wire in silver nitrate)
  • combustion, 5.1 specific heat of water 4.184 J/g °C, 5.3 enthalpy (ΔH < 0 exothermic; ΔHc CH4 −890.8, H2 −285.8, ethanol −1366.8, methanol −726.1 kJ/mol; 1.00 L isooctane 33,100 kJ; ozone formation endothermic)
  • 12.2 factors affecting rates (sodium and iron in air, calcium and sodium in water, sawdust, rate roughly doubles per 10 °C, phosphorus in pure oxygen, air about 20% oxygen, H2O2 decomposition)
  • 12.5 collision theory and Arrhenius equation (R = 8.314 J/mol/K, catalytic converters)
  • 12.7 catalysis and enzymes
  • NIST Chemistry WebBook methane ΔcH°gas −890.7 ± 0.4 kJ/mol (webbook.nist.gov)
  • NIST CODATA Avogadro constant 6.022 140 76 × 10²³ mol⁻¹ exact (physics.nist.gov)
  • IUPAC CIAAW abridged standard atomic weights (H 1.0080, C 12.011, N 14.007, O 15.999, Na 22.990, Ca 40.078, Fe 55.845, Sn 118.71; ciaaw.org)
  • ACS International Historic Chemical Landmark, The Chemical Revolution of Antoine-Laurent Lavoisier (acs.org, Traité élémentaire de chimie 1789, quotation on conservation of mass)
  • Lavoisier, memoir on the calcination of tin in closed vessels, Mémoires de l'Académie Royale des Sciences for 1774, published 1777 (via web.lemoyne.edu/giunta/classicalcs/lavoisier.html)
  • PubChem sodium bicarbonate and acetic acid pages (pubchem.ncbi.nlm.nih.gov).

Abgerufen: 2026-10-17