2.1 Merkmale einer chemischen Reaktion

Betrachtet man eine einfache chemische Reaktion, in der die Ausgangsstoffe A und B zum Endstoff C reagieren, so kann man beobachten, dass innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls (Reaktionsdauer t) die Stoffmengenkonzentration c der Ausgangstoffe A und B abnimmt, wohingegen die des Endstoffes C zunimmt. A und B wird also verbraucht, während C neu entsteht.

© Belinda Flemming: Verlauf einer chem. Reaktion in Abhängigkeit von Reaktionsdauer und Stoffmengenkonzentration, CC BY-SA

Massenverhältnisse

Bei der Untersuchung der Massenverhältnisse von chemischen Reaktionen ergaben sich zwei wichtige Gesetzmäßigkeiten. Das Gesetz von der Erhaltung der Masse und das Gesetz der konstanten Massenverhältnisse.

Gesetz von der Erhaltung der Masse: „Bei chem. Reaktionen ist die Masse der Endstoffe gleich der Masse der Ausgangsstoffe.“ (z. B. aus 4g Kupfer und 1g Schwefel entsteht 5g Kupfersulfid)

Gesetz der konstanten Massenverhältnisse: „In einer Verbindung sind die Elemente stets in einem bestimmten Massenverhältnis enthalten.“ (z. B. Synthese von Kupfer(I)-sulfid im Verhältnis Kupfer-Atome/Schwefel-Atome 4:1)

Stoffumwandlung

Im Verlauf von echten chemischen Reaktionen findet durch die Umgruppierung von Atomen eine Umwandlung von Stoffen statt. Das heißt, dass aus den Ausgangstoffen mit charakteristischen Eigenschaften, neue Stoffe – die Reaktionsprodukte – mit neuen charakteristischen Eigenschaften entstehen. Die an der chemischen Reaktion beteiligten Reinstoffe sind also klar voneinander durch ihre Eigenschaften zu unterscheiden.

© Belinda Flemming: Stoff- und Teilchenebene für die Reaktion von Kupfer mit Schwefel, CC BY-SA

Auf die Reaktion von Kupfer (Metall, rot-bräunliche Farbe, fest, verformbar) mit Schwefel (Molekular gebauter Stoff, gelb, fest, pulverförmig) übertragen, lösen sich die Kupfer-Atome und Schwefel-Atome aus ihren jeweiligen Kristallgittern und bilden dann durch Umgruppierung in bestimmter Anordnung die Gitterstruktur der entstehenden Verbindung Kupfersulfid (Salz, schwarz, fest, spröde).

© Belinda Flemming: Stoff- und Teilchenebene für die Reaktion von Natrium mit Chlor, CC BY-SA

© Belinda Flemming: Vergleich der Eigenschaften für die Reaktion von Natrium mit Chlor zu Natriumchlorid, CC BY-SA

Alle reagierenden Stoffe sind Reinstoffe, die sowohl ein Element als auch eine Verbindung der Elemente sein können. Elemente sind Stoffe, die aus gleichen Atomen aufgebaut sind (Metalle, Nichtmetalle). Chemische Verbindungen sind Stoffe, die in einer chemischen Reaktion aus verschiedenen Elementen des Periodensystems entstanden und aufgebaut sind (organisch, anorganisch).

© Belinda Flemming: Teilchenmodell für Bildung von Wasser aus den Elementen, CC BY-SA

Energieumsatz

Der Verlauf einer chemischer Reaktionen ist immer mit eineIm Energieumsatz verbunden, der gleichzeitig von einer Energieumwandlung von einer Energieform in eine andere begleitet wird. Energie geht nach dem Energieerhaltungssatz nie verloren oder kann neu erschaffen werden. Energie nur von einer Energieform in eine andere Energieform umgewandelt.

Zum Beispiel wurde bei der Bildung des Salzes Natriumhydroxid soviel Energie als chemische Energie gespeichert (chem. Energie), dass beim Lösungsvorgang dieses Salzes in Wasser diese chemische Energie als Wärmeenergie (Umwandlung) frei wird.

Weitere Beispiele sind Verbrennungsreaktionen von Stoffen. Die Verbrennung ist eine chemische Reaktion mit dem Sauerstoff der Luft, der als Oxidationsmittel den zu verbrennenden Stoff oxidiert und dabei selbst reduziert wird. Dabei wird immer Energie in Form von Licht und Wärme an die Umgebung abgegeben.