Reaktionsgleichung

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In der Chemie ist eine Reaktionsgleichung - auch Reaktionsschema genannt - die Kurzschreibweise für eine chemische Reaktion. Sie gibt die Ausgangs- und Endstoffe einer Stoffumwandlung in Formelschreibweise wieder, ist international einheitlich und wird von allen Chemikern verstanden.

Inhaltsverzeichnis

1 Aufbau einer Reaktionsgleichung
2 Mögliche Zusatzangaben in Reaktionsgleichungen
3 Erstellen einer Reaktionsgleichung
4 Beispiele in Ionenschreibweise
5 Weblinks
6 Literatur

[Bearbeiten] Aufbau einer Reaktionsgleichung

Der Aufbau einer Reaktionsgleichung (eines Reaktionsschemas) folgt bestimmten Regeln, deren Anwendung beim Erstellen im Artikel Reaktionsschema ausführlich erläutert wird. Zusammengefasst ist zu sagen:

Auf der linken Seite stehen die chemischen Summenformeln der Ausgangsstoffe (Edukte) - auf der rechten die Summenformeln der Produkte. Dazwischen wird ein Reaktionspfeil geschrieben (z.B. $\longrightarrow$ ), der kennzeichnet, in welche Richtung die Reaktion abläuft. Vor die Formeln setzt man zudem groß geschriebene Zahlen. Diese stöchiometrischen Koeffizienten der beteiligten Stoffen geben an, wie viele Moleküle des jeweiligen Stoffes oder wieviel Mol an Stoffmenge jeweils benötigt, verbraucht oder erzeugt werden. Sie müssen so gewählt werden, dass die Stoffmengen-Verhältnisse der Reaktionspartner (ihre stöchiometrischen Bedingungen) korrekt wierdergegeben werden: Für jedes chemische Element müssen auf der linken Seite einer Reaktionsgleichung gleich viele Atome wie auf der rechten Seite vorhanden sein (Die Ziffer "Eins" als stöchiometrischer Koeffizient taucht daher z.B. nicht als Faktor auf).- Diese "stöchiometrischen Koeffizienten" werden in DIN 32642 stöchiometrischen Zahlen genannt.

Beispielsweise wird die Verbrennung von Methangas (Formel: CH₄) in Sauerstoffgas (Formel: 2 O₂) zu Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf durch die Gleichung

CH₄ + 2 O₂ $\longrightarrow$ CO₂ + 2 H₂O

beschrieben. In diesem Beispiel sind für Kohlenstoff C je ein Atom (links in CH₄ und rechts in CO₂), für Wasserstoff H je vier Atome (links in CH₄ und rechts je 2 in beiden H₂O), sowie für Sauerstoff O ebenfalls je vier Atome (links je zwei in beiden O₂ und rechts zwei in CO₂ und je eines in beiden H₂O) vorhanden.

[Bearbeiten] Mögliche Zusatzangaben in Reaktionsgleichungen

Zur Verdeutlichung werden, sofern nicht für den betrachtenden Fall unerheblich, die Phasen der Reaktanden in Kurzbeschreibung im Reaktionsschema mit angegeben.

Über den Pfeil schreibt man gegebenenfalls die Reaktionsbedingungen, wie z.B. das Zuführen von Aktivierungsenergie. Die entstehende oder aufgewendete Reaktionsenergie wird auf die Seite geschrieben, wo sie anfällt bzw. aufgewendet werden muss.

Für thermodynamische Berechnungen wird häufig die Reaktionsenthalpie mit angegeben, beispielsweise bei der Reaktionsgleichung der Knallgasreaktion

2 H₂(g) + O₂(g) $\longrightarrow$ 2 H₂O(fl),

Δ H

=-286 kJ/Mol.

Bei der Bildung von einem Mol flüssigem H₂O aus gasförmigen H₂ und O₂ werden also 286 kJ Energie frei. Hier ist es wesentlich, dass die Phase der an der Reaktion beteiligten Substanzen mitangegeben wird, da bei den Phasenübergängen ebenfalls Energie umgesetzt wird. Die Reaktionswärme $Δ H$ wird üblicherweise bei 25 Grad Celsius angegeben. Ein positiver Wert von $Δ H$ bezeichnet endotherme Reaktionen, ein negativer Wert exotherme Reaktionen.

In der Chemie werden in Reaktionsgleichungen verschiedene Pfeile verwendet, deren Bedeutung genau festgelegt ist:

Hier wird das Beispiel Wasserstoffgas ( $H 2$ ) plus Sauerstoffgas ( $O 2$ ) reagieren zu einem neuem Stoff verwendet (Die 2 im Index $H 2$ und $O 2$ ist dort, da Gasmoleküle aus einem Element immer 2 Atome haben)

[Bearbeiten] Erstellen einer Reaktionsgleichung

Deutung erstellen

Durch die Beobachtung, kann man die Endstoffe für eine Reaktionsgleichung erstellen. Wir wissen, dass ein neuer Stoff entsteht. Dieser Stoff kann nicht Wasserstoff oder Sauerstoff sein. Der neue Stoff muss also eine Verbindung aus einem Wasserstoff und Sauerstoff-Atom sein. Wir haben also: $H_2 + O_2 \longrightarrow HO$

Wertigkeiten aufschreiben

$H 2$ und $O 2$ haben die Wertigkeit 0, da diese Molekül mit nur einer Atomsorte sind. In $H O$ hat $H$ die Wertigkeit +I und $O$ hat die Wertigkeit -II. Nun müssen wir die Atomzahl für $H$ und $O$ errechnen. Wir bilden den kleinsten gemeinsamen Vielfachen der Wertigkeiten $k g V (1,2) = 2$ . Nun ist bei $H$ die Atomzahl $\frac{kgV(1,2)}{1}=2$ und bei $O$ ist die Atomzahl $\frac{kgV(1,2)}{2}=1$ . Also der $k g V$ dividiert durch die Wertigkeit des Elements. Es muss also $H 2 O$ lauten. Dies muss gemacht werden, damit das Molekül insgesamt auf eine Wertigkeit von 0 kommt. Also: $2 \cdot +I + 1 \cdot -II = 0$ Wir haben also insgesamt: $2 H_2+ O_2\longrightarrow 2 H_2O$

Ermitteln der Faktoren

Beispiel: in der oberen Gleichung wären 2 Wasserstoffatome (1xH₂) und 2 Sauerstoffatome (1xO₂), im Reaktionsprodukt sind es aber 2 Wasserstoffatome (1xH₂) und 1 Sauerstoffatom (1xO), daher muss man vor das Reaktionsprodukt eine Zwei schreiben: H₂(g)+ O₂(g) $\longrightarrow$ 2H₂O. Nun sind es aber bei den Ausgangsstoffen 2 Wasserstoffatome zu wenig, also muss man vor H₂(g) ebenfalls eine 2 schreiben.

Ladungen ausgleichen

Bei manchen Reaktionsgleichungen muss man nun die Ladungen ergänzen. Wir addieren zur Ausgangsseite $H + 1$ oder $(O H) - 1$ hinzu, damit wir auf beiden Reaktionsgleichungen die gleiche Ladung haben. Z.b: Ausgangsseite hat die Ladung +1 und Endseite hat die Ladung +2, dann müssen wir $( + 2) - ( + 1) = 1$ $H + 1$ hinzufügen. Wenn die Ausgangsseite die Ladung +2 und Endseite die Ladung +1 hat, dann müssen wir $( + 1) - ( + 2) = - 1$ $(O H) - 1$ hinzufügen. Diese Ionen reagieren dann mit den übrigbleibenden $H + 1$ oder $(O H) - 1$ zu $H 2 O$ .

Ergebnis: Die Reaktionsgleichung lautet nun: 2 H₂(g) + O₂(g) $\longrightarrow$ 2 H₂O(fl),

[Bearbeiten] Beispiele in Ionenschreibweise

An Stelle der Vollschreibweise mit kompletten Summenformeln kann man nicht mitreagierende Kationen oder Anionen auch aus der Reaktionsgleichung herauskürzen. Auf diese Weise erstellte Reaktionsgleichungen lauten z.B.:

$\mathrm{2\,I^{\operatorname{-}} + Cl_2 \longrightarrow I_2\!\uparrow + 2\,Cl^{\operatorname{-}} }$ $\mathrm{2\,CO_3^{2\operatorname{-}} + 4\,HCl \longrightarrow CO_2\!\uparrow + 4\,Cl^{\operatorname{-}} + 2\,H_2O}$ $\mathrm{S^{\operatorname{2-}} + Pb(NO_3)_2 \longrightarrow PbS + 2 NO_3^{\operatorname{-}} }$ $\mathrm{SO_4^{2\operatorname{-}} + BaCl_2 \longrightarrow BaSO_4\!\downarrow + 2\,Cl^{\operatorname{-}}}$ $\mathrm{SO_3^{\operatorname{2-}} + H_2SO_4 \longrightarrow SO_2 + H_2O + SO_4^{\operatorname{2-}} }$ $\mathrm{4\,Fe^{3\operatorname{+}} + 3\,K_4[Fe(CN)_6]_{(aq)} \longrightarrow Fe_4[Fe(CN)_6]_3 + 12\,K^{\operatorname{+}}}$

[Bearbeiten] Weblinks

Online Rechner zum Bestimmen der Koeffizienten einer stöchiometrischen Gleichung, inklusive der Beschreibung des mathematischen Hintergrunds
Netchemie Formelmaker Struktur- und Reaktionsgleichungen einfach aufstellen