Massenerhaltung
Verbrennen 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.
Zum Drehen ziehen. Zum Zoomen scrollen oder zwei Finger auseinander- oder zusammenziehen.
Ein Holzscheit wiegt einige Kilogramm. Nach dem Verbrennen wiegt die Asche viel weniger. Ein Nagel im Freien wird dagegen beim Rosten schwerer. Jahrhundertelang schien es deshalb, als könne Materie bei manchen Reaktionen verschwinden und bei anderen neu entstehen. Beides beruht auf demselben Fehler: Die Waage hat die Gase nicht mitgewogen. Rauch und Kohlenstoffdioxid verlassen das Feuer, während Sauerstoff aus der Luft sich mit dem Eisen verbindet.
Lavoisier und das verschlossene Gefäß
Heute heißt diese Regel Gesetz der Erhaltung der Masse oder der Materie: Wenn ein Stoff in einen anderen übergeht, ändert sich die Gesamtmenge an Materie nicht messbar. Eine ausgeglichene Reaktionsgleichung beschreibt dasselbe Gesetz auf Atomebene. Bei einer chemischen Reaktion entstehen und verschwinden keine Atome. Stimmen die Atomzahlen überein, müssen deshalb auch die Massen übereinstimmen.
Von Atomen zu Gramm
Um eine Gleichung in Massen umzurechnen, zählen Chemiker in Mol. Ein Mol enthält 6.02214076 × 10²³ Teilchen. Diese Zahl ist im Internationalen Einheitensystem exakt festgelegt. Die Masse eines Mols eines Stoffes, seine molare Masse, ergibt sich aus der Summe der Atommassen in seiner Formel, angegeben in Gramm. Mit den IUPAC-Atommassen 1.008 für Wasserstoff, 12.011 für Kohlenstoff und 15.999 für Sauerstoff erhält man für Methan CH₄: 12.011 + 4 × 1.008 = 16.043 g pro Mol. Für O₂ sind es 31.998 g, für CO₂ 44.009 g und für H₂O 18.015 g.
Lies CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O nun in Mol. Ein Mol Methan, 16.043 g, reagiert mit zwei Mol Sauerstoff, 63.996 g. Zusammen sind das 80.039 g. Die Produkte sind ein Mol CO₂, 44.009 g, und zwei Mol Wasser, 36.030 g. Auch das ergibt 80.039 g. Verschiebe im Labor den Mengenregler: Beide Säulen wachsen gemeinsam, ihre Gesamtmassen bleiben immer gleich.
Warum offene Gefäße scheinbar gegen das Gesetz verstoßen
Wähle im Labor Calciumcarbonat. Bei starkem Erhitzen werden aus 100.09 g davon 56.08 g Calciumoxid und 44.01 g gasförmiges Kohlenstoffdioxid. Im geschlossenen Gefäß zeigt die Waage am Ende 100.09 g. Bei offenem Deckel entweicht das Gas und die Waage zeigt nur 56.08 g. Natron und Essig verhalten sich ähnlich: Die Masse der Kohlenstoffdioxidbläschen geht verloren. Bei Zinn ist es umgekehrt. Im offenen Gefäß nimmt es Sauerstoff aus der Luft auf, wodurch der Feststoff an Masse gewinnt. Genau das hat Lavoisier gemessen. In jedem Fall erklärt ein Gas die fehlende oder zusätzliche Masse, und alle Atome sind weiterhin vorhanden.
- Wie groß ist die molare Masse von Wasser, H₂O, auf eine Nachkommastelle gerundet?
- 16.04 g Methan verbrennen in 64.00 g Sauerstoff. Wie groß ist die Gesamtmasse der Produkte in Gramm?
- Beim Erhitzen von 100.09 g CaCO₃ entstehen 56.08 g CaO. Wie viele Gramm CO₂ bilden sich?
- Warum bleibt von einem brennenden Holzscheit leichtere Asche zurück?
- Gase wie CO₂ entweichen in die Luft
- Feuer zerstört Masse
- Wärme hat eine negative Masse
- Asche besteht aus neuen Atomen
- Zinn gewinnt beim Erhitzen im offenen Gefäß an Masse, weil …
- es sich mit Sauerstoff aus der Luft verbindet
- Wärme Masse hinzufügt
- Zinnatome sich spalten
- Wasser darauf kondensiert
- In welchem Jahr erschien Lavoisiers Traité élémentaire de chimie?
- Wie viele Teilchen enthält ein Mol?
- 6.02214076 × 10²³
- 1,000
- 6.02 × 10¹⁰
- 100
- 2 mol H₂ reagieren vollständig mit O₂ (2H₂ + O₂ → 2H₂O). Wie viele Gramm Wasser entstehen ungefähr?
- Natron und Essig reagieren in einem offenen Becher. Danach zeigt die Waage …
- weniger an, weil CO₂ entweicht
- mehr an, weil Schaum schwer ist
- genau denselben Wert an
- null an
- Die Gesamtmasse ist vor und nach einer Reaktion gleich (Lavoisier, 1789).
- Molare Masse = Summe der Atommassen in Gramm; ein Mol enthält 6.02214076 × 10²³ Teilchen.
- Offene Gefäße verlieren Gase oder nehmen welche auf. Deshalb ändert sich die Waagenanzeige, obwohl die Atome erhalten bleiben.
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