Zur Chemie gehören unweigerlich auch chemische Reaktionen. Um diese besser verstehen zu können, ist es wichtig zu wissen, welche Teilchen an einer Reaktion beteiligt sind und in welchem Zahlenverhältnis diese reagieren. Dabei helfen sogenannte Reaktionsgleichungen. Doch wie ist eine Reaktionsgleichung aufgebaut und wie stellst du sie auf? Wir gehen die einzelnen Schritte an einem Beispiel durch. Schauen wir uns als Beispiel den Gasherd an, der häufig mit Erdgas betrieben wird (Abb. 1).
1. Wortgleichung der Reaktion aufstellen
Der Hauptbestandteil von Erdgas ist Methan. Damit eine Verbrennung ablaufen kann, wird Sauerstoff benötigt. Du weißt also schon, welche Edukte es bei der Reaktion gibt, nämlich Methan und Sauerstoff. Jetzt ist es auch noch wichtig zu wissen, welche Stoffe bei der Reaktion entstehen. Bestimmt hast du schonmal gehört, dass bei der Verbrennung Kohlenstoffdioxid entsteht. Zusätzlich entsteht bei der Reaktion Wasser. Mit diesen Informationen kannst du bereits eine Wortgleichung aufstellen:
\(\ce{Methan + Sauerstoff -> Kohlenstoffdioxid + Wasser}\)
Achte bitte unbedingt darauf, dass du einen Reaktionspfeil und nicht wie in der Mathematik ein Gleichheitszeichen schreibst. Der Reaktionspfeil verdeutlicht, dass aus den Edukten die Produkte entstehen. Würdest du ein Gleichheitszeichen schreiben, würde das bedeuten, dass die Edukte und die Produkte identisch wären. Das sind sie aber nicht, da es sich ja um unterschiedliche Stoffe handelt.
2. Formelgleichung aufstellen
Jetzt wechseln wir auf die Teilchenebene, indem wir eine Formelgleichung aufstellen. Die Stoffe müssen dazu in der Symbolschreibweise dargestellt werden. Du ersetzt also die Namen der Stoffe in der Wortgleichung durch die entsprechende Symbolschreibweise:
\(\ce{CH4 + O2 -> CO2 + H2O}\)
3. Anzahl der Atome ausgleichen
Du weißt schon, dass bei chemischen Reaktionen keine Atome gebildet oder vernichtet werden können, sondern dass diese umgruppiert werden. Das heißt aber auch, dass die Anzahl der jeweiligen Atome bei den Edukten genauso groß sein muss, wie bei den Produkten. Schauen wir uns das mal an unserem Beispiel an (Abb. 2).
\(\ce{CH4 + O2 -> CO2 + H2O}\)
Die Anzahl der Kohlenstoff-Atome ist auf beiden Seiten gleich, hier musst du also nichts anpassen. Bei den Wasserstoff-Atomen haben wir aktuell vier Stück auf der Eduktseite und nur zwei Stück auf der Produktseite. Mit anderen Worten: in unserer Formelgleichung würden zwei Wasserstoffatome vernichtet werden. Das darf natürlich nicht sein. Um auch nach der Reaktion vier Wasserstoff-Atome zu haben, müssen also auf der Produktseite zwei Wasserstoff-Atome ergänzt werden. Dazu kannst du eine 2 als Koeffizient vor das Wasser-Molekül schreiben, da das bedeutet, dass zwei Wasser-Moleküle entstehen. Du darfst auf keinen Fall den Index ändern, da du sonst das Molekül und damit auch den Stoff verändern würdest!
\(\ce{CH4 + O2 -> CO2 + 2 H2O}\)
Jetzt schauen wir uns noch die Sauerstoff-Atome an. Auf der Eduktseite stehen zwei Sauerstoff-Atome. Auf der Produktseite musst du aufpassen, da im Kohlenstoffdioxid-Molekül und im Wasser-Molekül Sauerstoff-Atome vorkommen. Im Kohlenstoffdioxid-Molekül sind zwei Sauerstoff-Atome gebunden, im Wasser-Molekül eines. Achte aber darauf, dass durch das Ausgleichen im vorherigen Schritt zwei Wasser-Moleküle entstehen. Also kommen wir insgesamt auf vier Sauerstoff-Atome auf der Produktseite. Auf der Eduktseite müssen also zwei ergänzt werden, was du dadurch erreichst, dass du eine zwei als Koeffizient vor dem Sauerstoff-Molekül ergänzt.
\(\ce{CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O}\)
4. Anzahl der Atome überprüfen
Überprüfe am Ende unbedingt nochmal, ob die Anzahl an Atomen links und rechts identisch ist. Der Index gibt an, wie oft eine Atomsorte in einem Molekül vorkommt. Der Koeffizient gibt an, wie oft ein Molekül vorkommt. Um die Anzahl der Atome also zu berechnen, musst du den Koeffizienten mit dem Index multiplizieren.
| Atom | Edukte | Produkte |
|---|---|---|
| \(\ce{C}\) | \(1\) | \(1\) |
| \(\ce{H}\) | \(4\) | \(2\cdot 2=4\) |
| \(\ce{O}\) | \(2\cdot 2=4\) | \(2 + 2\cdot 1=4\) |
Da die Anzahl der Atome auf der Edukt- und Produktseite jeweils übereinstimmen, ist die Reaktionsgleichung fertig.
Zusammenfassung
Um eine Reaktionsgleichung aufzustellen, musst du zuerst die Wortgleichung aufstellen. Danach ersetzt du alle Stoffnamen durch die Symbolschreibweise. Jetzt wird die Reaktionsgleichung mithilfe von Koeffizienten so angepasst, dass auf der Edukt- und Produktseite der Reaktionsgleichung von jeder Atomsorte gleich viele Atome stehen. Der Index der Moleküle bleibt immer unverändert.
Aufgaben
Aufgabe
Aufgabe 1 (leicht)
Stelle die Reaktionsgleichung für die folgende Reaktion auf:
Wasserstoff reagiert mit Stickstoffmonoxid zu Stickstoff und Wasser.
Aufgabe 2 (mittelschwer)
Stelle die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Ethan (\(\ce{C2H6}\)) auf.
Aufgabe 3 (schwer)
Stelle die Reaktionsgleichung für folgende Reaktion auf:
Distickstoffpentaoxid reagiert zu Stickstoffdioxid und Sauerstoff.