Arten chemischer Reaktionen

Tauche einen Kupferdraht in Silbernitratlösung: Silberkristalle wachsen darauf und die Flüssigkeit färbt sich blau. Kupfer hat den Platz von Silber eingenommen.

Es sind Millionen von Reaktionen bekannt, doch die meisten folgen wenigen Grundmustern. Kennst du diese Muster, kannst du Produkte vorhersagen, bevor du sie siehst. Manche Lehrbücher ordnen Reaktionen danach, was mit den Formeln geschieht: Stoffe verbinden sich, zerfallen oder tauschen Bestandteile aus. Andere betrachten die Vorgänge zwischen Teilchen: Feststoffe bilden sich, Protonen oder Elektronen werden übertragen. Die beiden Einteilungen überschneiden sich. Es ist hilfreich, beide zu kennen.

Verbinden und Zerlegen

Bei einer Synthese, auch Vereinigungsreaktion genannt, verbinden sich zwei oder mehr Stoffe zu einem Produkt: A + B → AB. Stickstoff und Wasserstoff bilden Ammoniak, N₂ + 3H₂ → 2NH₃. Auf diesem Weg wird Ammoniak industriell hergestellt. Eisen und Sauerstoff verbinden sich zu Eisen(III)-oxid. Eine Zersetzungsreaktion läuft in umgekehrter Richtung: Ein Stoff zerfällt in zwei oder mehr Stoffe, AB → A + B. Wasserstoffperoxid zerfällt langsam in Wasser und Sauerstoff, 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂. Kalkstein zerfällt beim Erhitzen im Brennofen in Branntkalk und Kohlenstoffdioxid.

Partner tauschen

Bei einer einfachen Verdrängungsreaktion ersetzt ein Element ein anderes in einer Verbindung: A + BC → AC + B. Ein klassisches Beispiel ist metallisches Kupfer in Silbernitratlösung, Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag. Kupferatome gehen als blaue Kupferionen in Lösung und Silberionen scheiden sich als Metall ab. Magnesium verdrängt in Salzsäure den Wasserstoff und bildet Gasbläschen: Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂.

Bei einer doppelten Umsetzung tauschen zwei Verbindungen ihre Partner: AB + CD → AD + CB. Mischt man klare Lösungen von Silbernitrat und Natriumchlorid, entsteht sofort ein weißer Feststoff, denn Silberchlorid löst sich nicht in Wasser: AgNO₃ + NaCl → AgCl + NaNO₃. Eine Reaktion, bei der auf diese Weise ein Feststoff aus Lösungen entsteht, heißt Fällungsreaktion. Chemiker sagen solche Reaktionen mithilfe von Löslichkeitsregeln voraus. Diese kurzen Übersichten zeigen, welche Ionenverbindungen sich lösen und welche nicht.

Verbrennen, Neutralisieren und Elektronen übertragen

Bei einer Verbrennungsreaktion reagiert ein Brennstoff schnell mit Sauerstoff und gibt Wärme und meist auch Licht ab. Enthält der Brennstoff nur Kohlenstoff und Wasserstoff oder Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, entstehen bei vollständiger Verbrennung Kohlenstoffdioxid und Wasser. Das gilt etwa für Methan, Propan und Ethanol. Bei einer Neutralisation reagiert eine Säure mit einer Base zu Salz und Wasser: HCl + NaOH → NaCl + H₂O. So wirken säurebindende Tabletten gegen Magensäure. Der Kurs zu Säuren und Basen behandelt dies ausführlich.

Viele dieser Reaktionsmuster haben eine gemeinsame Grundlage: Elektronen werden von einem Stoff auf einen anderen übertragen. Reagiert Natrium mit Chlor, gibt jedes Natriumatom ein Elektron ab und jedes Chloratom nimmt eines auf. Elektronenabgabe heißt Oxidation, Elektronenaufnahme Reduktion. Da beides nur zusammen auftreten kann, heißen solche Vorgänge Oxidations-Reduktions-Reaktionen oder kurz Redoxreaktionen. Verbrennung, Rosten und einfache Verdrängungsreaktionen sind Redoxreaktionen. Fällung und Neutralisation sind es nicht, weil dabei kein Element seine Oxidationszahl ändert.