Wat is een chemische reactie?

Eén methaanmolecuul en twee zuurstofmoleculen worden één koolstofdioxidemolecuul en twee watermoleculen. Daarbij gaat geen enkel atoom verloren.

Steek een gasfornuis aan en er verschijnt een blauwe vlam. Er lijken alleen gas en lucht in te gaan en alleen warmte uit te komen. Toch is er iets volledig veranderd. Het methaan in het gas en de zuurstof uit de lucht zijn verdwenen; ervoor in de plaats zijn koolstofdioxide en waterdamp gekomen. Dat is een chemische reactie: stoffen worden andere stoffen doordat hun atomen oude partners loslaten en zich aan nieuwe binden.

Chemische en fysische verandering

Smelt een ijsblokje en je hebt nog steeds water. Los suiker in thee op en de suikermoleculen blijven suiker, alleen verspreid. Dit zijn fysische veranderingen: de stof ziet er anders uit, maar haar moleculen blijven gelijk. Bij een chemische verandering ontstaat altijd materie die anders is dan wat er eerst was. Roest is een andere stof dan het ijzer, de zuurstof en het water waaruit het ontstond. Verbranden, voedsel koken of bakken, voedsel verteren en voedsel dat rot zijn allemaal chemische veranderingen, omdat er telkens nieuwe stoffen ontstaan.

Atomen zie je meestal niet herschikken, dus chemici zoeken aanwijzingen. Er verschijnt gas waar eerst geen gas was, zoals de bellen van zuiveringszout en azijn. De kleur verandert: koperdraad in zilvernitraatoplossing kleurt de vloeistof blauw en krijgt grijze zilverkristallen. Als je twee heldere oplossingen mengt, kan een vaste stof ontstaan: loodnitraat en kaliumjodide geven een felgele vaste stof die een neerslag heet. Warmte of licht komt vrij, zoals bij een vlam, of wordt opgenomen. Geen van deze aanwijzingen bewijst op zichzelf een reactie, want kokend water maakt ook bellen, maar samen vormen ze een goede leidraad.

Een reactievergelijking lezen

Chemici schrijven reacties als vergelijkingen op. De stoffen waarmee je begint, de uitgangsstoffen, staan aan de linkerkant. De stoffen die ontstaan, de producten, staan rechts. Een pijl wijst van de ene kant naar de andere en plustekens scheiden de stoffen aan elke kant. Bij methaanverbranding is de vergelijking CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O. De kleine getallen in een formule heten indices en vertellen welke stof het is: H₂O bevat twee waterstofatomen en één zuurstofatoom. De grote getallen ervoor zijn coëfficiënten en geven aan hoeveel eenheden van elke stof meedoen. Een coëfficiënt van 1 wordt niet geschreven.

Coëfficiënten geven verhoudingen aan, geen exacte aantallen. CH₄ + 2O₂ betekent één methaanmolecuul voor elke twee zuurstofmoleculen. Dus 3 methaanmoleculen hebben 6 zuurstofmoleculen nodig en één mol methaan heeft twee mol zuurstof nodig. Vaak worden letters tussen haakjes toegevoegd om de toestand van elke stof te tonen: (s) voor vast, (l) voor vloeibaar, (g) voor gas en (aq) voor opgelost in water. Met deze aanduidingen wordt de methaanvergelijking CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l), wanneer het water tot een vloeistof is afgekoeld.

Vergelijk enkele reacties in het lab hierboven. Elke reactie behoudt alle oorspronkelijke atomen. IJzer en zuurstof worden ijzer(III)oxide, het hoofdbestanddeel van roest. Calciumcarbonaat, het mineraal in kalksteen, splitst bij sterke verhitting in calciumoxide en koolstofdioxide. Telkens komen de balken Atomen van de uitgangsstoffen en Atomen van de producten overeen. Dat is de regel van het volgende hoofdstuk.