Reaktionsgleichungen ausgleichen

Wasserstoff und Sauerstoff bilden Wasser nur im Verhältnis 2 : 1 : 2, denn ein O₂-Molekül liefert genug Sauerstoff für zwei Wassermoleküle.

Schreibe die Verbrennung von Wasserstoff als H₂ + O₂ → H₂O auf und zähle nach. Links stehen zwei Wasserstoffatome und zwei Sauerstoffatome. Rechts stehen zwei Wasserstoffatome, aber nur ein Sauerstoffatom. Ein Sauerstoffatom ist verschwunden, und das ist unmöglich. Eine Gleichung, die der Erhaltung der Materie entspricht, muss auf beiden Seiten gleich viele Atome jedes Elements enthalten. Eine solche Gleichung nennt man ausgeglichen.

Koeffizienten ändern, niemals Indizes

Eine Abkürzung scheint verlockend: Ersetze H₂O durch H₂O₂ und schon stimmt die Sauerstoffbilanz. Doch H₂O₂ ist Wasserstoffperoxid, ein anderer Stoff. Die Gleichung würde jetzt eine Reaktion beschreiben, die gar nicht stattfindet. Die Indizes gehören zur Identität eines Stoffes. Du darfst nur die Koeffizienten ändern. Setze eine 2 vor H₂O. Rechts stehen nun 4 Wasserstoff- und 2 Sauerstoffatome. Sauerstoff stimmt jetzt, Wasserstoff noch nicht. Setze deshalb auch vor H₂ eine 2: 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Auf jeder Seite stehen vier Wasserstoff- und zwei Sauerstoffatome.

Durch systematisches Probieren ausgleichen

Die meisten Reaktionsgleichungen im Schulunterricht lassen sich durch systematisches Probieren ausgleichen. Dabei wählst du Koeffizienten in sinnvoller Reihenfolge und zählst nach jeder Änderung nach. Einige Regeln sparen Zeit. Beginne mit einem Element, das auf jeder Seite nur in einem Stoff vorkommt. Hebe einzeln auftretende Elemente wie O₂, H₂ oder Fe bis zum Schluss auf, denn ihr Koeffizient beeinflusst kein anderes Element. Bleibt eine Atomgruppe wie NO₃ oder SO₄ bei der Reaktion unverändert, kannst du sie als Einheit zählen. Prüfe am Ende jedes Element erneut und verwende die kleinstmöglichen ganzen Koeffizienten.

Versuche es mit dem Brennstoff Propan, das oft mit Butan gemischt in Campinggasflaschen verkauft wird: C₃H₈ + O₂ → CO₂ + H₂O. Zuerst Kohlenstoff: Drei Kohlenstoffatome links erfordern 3CO₂. Dann Wasserstoff: Acht Wasserstoffatome erfordern 4H₂O. Zähle nun den Sauerstoff rechts: 3 × 2 + 4 × 1 = 10 Atome, also brauchst du links 5O₂. Die ausgeglichene Gleichung lautet C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O. OpenStax geht bei der Bildung von Distickstoffpentoxid aus Stickstoff und Sauerstoff genauso vor und erhält 2N₂ + 5O₂ → 2N₂O₅.

Wenn Brüche auftreten

Manchmal führt der schnellste Weg über einen Bruch. Die Verbrennung von Wasserstoff zu einem Mol Wasser lässt sich als H₂ + ½O₂ → H₂O schreiben. Tabellen für Verbrennungsenergien verwenden oft diese Form, weil sie sich auf ein Mol Brennstoff beziehen. Um ganze Zahlen zu erhalten, multiplizierst du alle Koeffizienten mit 2. Bei Ethanol funktioniert es genauso: C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O enthält bereits nur ganze Zahlen. Für rostendes Eisen wird dagegen aus 2Fe + 1½O₂ → Fe₂O₃ die Form 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃.

Das Labor meldet, wenn eine Gleichung ausgeglichen ist, aber noch gekürzt werden kann. 4H₂ + 2O₂ → 4H₂O ist ausgeglichen. Alle Koeffizienten lassen sich jedoch durch 2 teilen, deshalb verwendet man 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Beide Formen beschreiben dasselbe Verhältnis; üblich sind die kleineren Zahlen.