Die Durchführung von Versuchen ist ein fester Bestandteil im Chemieunterricht. Auf diese Weise können chemische Zusammenhänge anschaulich dargestellt und selbst erforscht werden. So prägen sie sich später besser ein. Im Chemiebuch oder an der Tafel hast du sicher schon mal gesehen, wie der Versuch in Schriftform festgehalten wird. Diese skizzenartige Darstellung nennt man Reaktionsgleichung. Wofür man solche Gleichungen überhaupt braucht, wo sie dir begegnen und was sie über eine chemische Reaktion aussagen, kannst du in den Kapiteln unten nachlesen. Am Schluss erfolgt eine Auflistung von beispielhaften Reaktionsgleichungen.
Was ist eine Reaktionsgleichung?
Mit einer Reaktionsgleichung werden chemische Reaktionen in Kurzform dargestellt. Somit vereinfachen sie den Sachverhalt und man kann ihn leichter nachvollziehen. Der Aufbau erinnert dich vielleicht an Rechenvorgänge aus der Mathematik, denn auch bei Reaktionsgleichungen sind Pluszeichen zu sehen. Reaktionsgleichungen können ausgeschrieben werden oder aus Abkürzungen bestehen. Meistens ist darin ein Pfeil enthalten. Er verweist auf das neue Element, welches durch die Reaktion gewonnen wird. Bei einer Rechenaufgabe würde anstelle des Pfeils ein Gleichzeichen stehen.
Wie und wo werden Reaktionsgleichungen aufgestellt?
Vor allem in der Chemie findest du die Gleichungen vor, wie anfangs erwähnt. Sogar für selbst durchgeführte Versuche kannst du eine Reaktionsgleichung aufstellen.
Der Begriff ‘Reaktionsgleichung‘ deutet auf etwas Wichtiges hin: Am Ende muss die Menge an Atomen und Elektronen immer gleich bleiben. Die gleiche Verteilung ist ein wesentliches Merkmal von Reaktionsgleichungen.
Solltest du dir nicht sicher sein, welche Abkürzung zur vorliegenden Chemikalie passt, dann hilft dir ein Blick auf das Periodensystem.
Pfeile in den Gleichungen:
Meistens siehst du den Pfeil in einer Reaktionsgleichung von links nach rechts verlaufen. Es gibt aber noch andere Varianten. Sie sagen etwas über das Wesentliche der chemischen Reaktion aus.
Der Reaktionspfeil → beschreibt einen einzigen chemischen Verlauf.
Zwei oder mehr Pfeile hintereinander → → → geben eine Reaktionsfolge an.
Zwei Pfeile in beide Richtungen → ← zeigen dir, dass für den Versuch unterschiedliche
Verläufe möglich sind.
Die vorliegenden Rahmenbedingungen sind ausschlaggebend dafür, wie die Reaktion verläuft.
Vor allem in der organischen Chemie finden gebogene Pfeile Verwendung. Sie beschreiben den Wechsel von Elektronen. Bei Pfeilen mit einer kompletten Spitze wurde ein Elektronenpaar verschoben. Eine halbe Pfeilspitze zeigt dir, dass nur ein einziges Elektron übertragen wurde.
[quads id=1]Weitere Anmerkungen in den Reaktionsgleichungen
Überdies findest du in den Gleichungen heraus, welche Aggregatzustände die Chemikalien aufweisen und wie sie sich verändern. Ein chemischer Stoff kann fest, flüssig oder gasförmig sein. Darüber hinaus ist der Zustand ‘in Wasser aufgelöst’ bekannt.
Die Aggregatzustände werden mit folgenden Buchstaben abgekürzt:
Feste Chemikalien -> (s), vom englischen ‘solid’ – ‘fest’
Flüssige Chemikalien -> (l), vom englischen ‘liquid’ – ‘flüssig’
Gasförmige Chemikalien -> (g), vom englischen ‘gaseous’ – ‘gasförmig’
Wasserartige Lösungen -> (aq), vom englischen ‘aquaeous’ – ‘in Wasser löslich’
Beispiele für Reaktionsgleichungen
Für jeden chemischen Versuch gibt es die passende Gleichung. Hier kannst du einige Beispiele anschauen. Eins haben sie gemeinsam: Alle Reaktionsgleichungen sind nach demselben Muster aufgebaut. Das hat einen Grund, denn so kann jeder Leser sie verstehen. Reaktionsgleichungen sind daher allgemeingültige Skizzierungen.
Die erste Gleichung wird schrittweise aufgebaut, damit du ihre Entstehung genau mitverfolgen kannst.
Oxidation:
Vor dir liegt ein Stück Magnesium auf dem Tisch. Nun zündest du das chemische Element an, durch das Brennen nimmt es den Sauerstoff in der Luft auf. Am Ende hast du Magnesiumoxid gewonnen.
Magnesium + Sauerstoff → Magnesiumoxid
Dies war die ausgeschriebene Variante. In der Chemie wird sie auch Wortgleichung genannt. Abgekürzt lautet die Reaktionsgleichung wie folgt:
Mg + O → MgO
Die Abkürzungen ersetzen die vollständigen Namen. Darüber hinaus kannst du zusätzliche Angaben über die Stoffe aufschreiben.
Mg (s) + O (g) → MgO (s)
[quads id=3]Das Magnesium ging mit dem Sauerstoff eine Verbindung ein, es hat eine Oxidation stattgefunden. Darum geht Magnesiumoxid aus der Reaktion hervor. Die Angaben (s) und (g) geben den Zustand der Stoffe an. Magnesium weist eine feste Struktur auf, Sauerstoff ist hingegen gasförmig. Das ‘Endergebnis’ Magnesiumoxid liegt wieder in fester Form vor.
Redoxreaktion
Neben der klassischen Oxidation kennt man auch die Redoxreaktion. Sie ist eng mit der Oxidation verwandt. Hier verliert ein chemischer Stoff Elektronen an ein anderes Element.
Kupfer oxidiert durch den Kontakt mit Sauerstoff. Dabei gibt es jeweils zwei Elektronen an jedes Sauerstoffatom ab. Aus der Reaktion ergibt sich diese Gleichung:
Cu (s) + O₂ (g) → CuO (s)
Durch mechanische Hilfsmittel lässt sich das Kupferoxid zurück in reines Kupfer umwandeln. Meistens geschieht dies mithilfe von Hitze. Der Sauerstoffanteil wird durch die hohen Temperaturen ‘entzogen’, gleichzeitig gibt er Elektronen ab. In der Fachsprache sagt man dazu Reduktion. Es findet also eine Redoxreaktion statt.
O₂ + 4e^- → 2O^-2 (allgemeine Redoxreaktionsgleichung)
CuO (s) + H₂ (g) → Cu (s) + H₂O (l)
Für die Reduktion muss das Kupferoxid mit Wasserstoff reagieren. Dadurch entsteht wieder Kupfer, zudem geht Wasser aus der Redoxreaktion hervor.
Salzbildung
Mithilfe von Halogenen können in einer chemischen Reaktion Salze erzeugt werden. Bei solchen Vorgängen reagieren die Stoffe sehr stark miteinander. Chemikalien wie Chlor oder Brom gehören zur Gruppe der Halogene. Manche von ihnen haben eine giftige Wirkung und dürfen nicht eingeatmet werden. Verätzte Atemwege können nämlich die Folge sein.
Für die Bildung von Kaliumbromid werden Kaliumcarbonat und Eisenbromid benötigt. Solche Prozesse bezeichnet man auch als Bromierung.
4K₂CO₃ (s) + Fe₃Br₈ (s) → 8KBr (s) + Fe₃O₄ (s) + 4CO₂ (g)
Aus der Reaktion ist Kaliumbromid hervorgegangen. Ihm entspricht die Abkürzung 8KBr. Zudem entstanden Eisenoxid (Fe₃O₄) sowie Kohlenstoffdioxid (4CO₂).
[quads id=2]Sonderfall radioaktive Elemente
Bislang hast du etwas über Reaktionen mit nicht-radioaktiven Stoffen erfahren. Allerdings lassen sich die Gleichungen auch für radioaktive Prozesse anwenden. Hier zeigen dir die Reaktionsgleichungen, wie eine radioaktive Substanz zerfällt. Deshalb sehen die Darstellungen etwas anders aus.
Der Zerfall von Radium (Ra)
Radium kann zu Blei zerfallen und gibt dabei Alpha-Teilchen ab. Dadurch verändert sich die Kernladungszahl des Radiums.
224 Ra → 220 Rn → 216 Po → 212 Pb
88 86 84 82
Ein Alpha-Teilchen ist ein positiv geladenes Heliumatom (Schreibweise: 4 α )
Durch die Veränderung der Kernladungszahl werden neue Elemente gebildet. Das Radium zerfällt zu Radon (Rn), Polonium (Po) und schließlich zu Blei (Pb).