2.2 Bildung von Reaktionsgleichungen
Aufstellen der Summenformel
Die Summenformel eines Moleküls beschreibt das Zahlenverhältnis der am Molekül beteiligten Nichtmetallatome.
Aus der Reaktion von Nichtmetallen entstehen molekular gebaute Stoffe, die aus Nichtmetallatomen in einem bestimmten Zahlenverhältnis zusammengesetzt sind. Zunächst notiert man die Valenzstrichformeln der am Molekül beteiligten Atome nebeneinander (siehe 4.1). An der Hauptgruppe im Periodensystem liest man die Anzahl an Valenzelektronen ab. Die Anzahl der bindungsfähigen Elektronen bestimmt die Anzahl der möglichen Bindungen die ein Atom eines bestimmten Elements eingehen kann. Nun kombiniert man Bindungselektronen der Elementatome zu Elektronenpaaren zwischen den Elementsymbolen, bis jedes Atom von 4 Elektronenpaaren (= Striche) umgeben ist. Betrachtet man den Atombau, befinden sich auf der Außenschale der am Molekül beteiligen Nichtmetallatome nun jeweils 8 Elektronen (Edelgaskonfiguration).
Wenn Kohlenstoff mit Wasserstoff reagiert entsteht Methan. Wasserstoff steht in der I. Hauptgruppe des Periodensystems, das heißt es besitzt 1 Valenzelektron. Dieses ist zur Bindung befähigt. In der äußersten Elektronenschale des Kohlenstoff-Atoms stehen 4 Valenzelektronen, da es in der IV. Hauptgruppe steht. Auch diese 4 Valenzelektronen sind bindungsfähige Elektronen. Folglich kann 1 Kohlenstoff-Atom vier Bindungen zu insgesamt 4 Wasserstoff-Atomen ausbilden. Jedes Wasserstoff-Atom dementsprechend nur eine Bindung zum Kohlenstoff-Atom. Aus der Anzahl der jeweils beteiligten Elementatome ergibt sich das Methan-Molekül mit der Summenformel \(CH_4\).
© Belinda Flemming: Bildung der VES des Methan-Moleküls, CC BY-SA
Von der Valenzstrichformel lässt sich nun ganz leicht die Summenformel eines Moleküls ableiten. Mann schreibt die Elementsymbole nebeneinander und ergänzt die Anzahl des am Molekül beteiligten Elementatoms als Index (tiefer gestellte Zahl) dahinter. Der Index ist eine Mengenangabe für die Atome.
© Belinda Flemming: Bildung der Summenformel des Methan-Moleküls, CC BY-SA
Achtung: Die Zahl 1 wird in der Summenformel nicht geschrieben. In der Summenformel steht das Elementsymbol für 1 Atom dieses Elementes.
Schrittreihenfolge für eine Reaktionsgleichung
Beim Aufstellen von einfachen Reaktionsgleichungen ist es empfehlenswert die folgende Schrittfolge zu beachten. Man stellt zunächst die Wortgleichung der chemischen Reaktion auf, setzt im Anschluss die Formel der Ausgangsstoffe (= Edukte) und der Reaktionsstoffe (= Produkte) ein und sorgt zum Schluss für den Teilchenausgleich. Beim Teilchenausgleich findet man passende Faktoren die vor die Formeln der Reaktanten der Reaktion geschrieben werden, denn es gilt: Die Anzahl der Elementeteilchen VOR dem Reaktionspfeil entsprechen der Anzahl der Elementeteilchen NACH dem Reaktionspfeil! Es geht nichts verloren in einer chemischen Reaktion, es wird alles umgewandelt und neu angeordnet. Die Formeln der Reaktanten bleiben immer unverändert, die Zusammensetzung liegt den jeweiligen Stoffeigenschaften zugrunde.
- Wortgleichung
- Formeln einsetzen
- Teilchenausgleich
Übungsbeispiele
Beispiel 1: Reaktion von \(CO\) mit \(O_2\) (Nichtmetalle → Molekülbildung)
- Schritt: Kohlenstoffmonoxid + Sauerstoff –> Kohlenstoffdioxid
- Schritt: \(CO+O_2\rightarrow CO_2\)
- Schritt: \(2 CO+O_2\rightarrow2 CO_2\)
In Worten bedeutet die Gesamtgleichung, dass zur vollständigen Umsetzung eines Sauerstoff-Moleküls insgesamt 2 Kohlenmonoxid-Moleküle notwendig sind, woraus 2 Kohlendioxid-Moleküle entstehen.
Beispiel 2: Reaktion von \(Mg\) mit \(O_2\) (Metall + Nichtmetall → Ionenbildung)
- Schritt: Magnesium + Sauerstoff –> Magnesiumoxid
- Schritt: \(Mg+O_2\rightarrow MgO\)
- Schritt: \(2 Mg+O_2\rightarrow2MgO\)
Zur vollständige Umsetzung eines Sauerstoff-Moleküls sind insgesamt 2 Magnesiumatome notwendig, woraus 2 Magnesium-Ionen und 2 Sauerstoff-Ionen (Oxid) entstehen.
Beispiel 3: Reaktion von \(Al\) mit \(O_2\) (Metall + Nichtmetall → Ionenbildung)
- Schritt: Aluminium + Sauerstoff –> Dialuminiumtrioxid
- Schritt: \(Al+O_2\rightarrow Al_2O_3\)
- Schritt: \(4 Al+3 O_2\rightarrow2 Al_2O_3\)
In der Reaktion von Aluminium mit Sauerstoff, sind zur vollständigen Umsetzung von 3 Sauerstoff-Molekülen sind insgesamt 4 Aluminium-Atome erforderlich, woraus 4 Aluminium-Ionen und 6 Sauerstoff-Ionen (Oxid) entstehen.
Beispiel 4: Reaktion von \(H_2\) mit \(O_2\) (Nichtmetalle → Molekülbildung)
- Schritt: Wasserstoff + Sauerstoff –> Wasser
- Schritt: \(H_2+O_2\rightarrow H_2O\)
- Schritt: \(2 H_2+O_2\rightarrow2H_2O\)
Für die vollständige Umsetzung eines Sauerstoff-Moleküls sind 2 Wasserstoff-Moleküle notwendig, wodurch 2 Wasser-Moleküle entstehen.