Chemische Reaktionen schreiben

Eine Reaktionsbeschreibung als Gleichung schreiben

Eine chemische Reaktionsgleichung hält kompakt fest, welche Ausgangsstoffe reagieren, welche Produkte entstehen und in welchem stöchiometrischen Mengenverhältnis sie beteiligt sind. Reaktanten stehen $links$ , Produkte $rechts$ . Reaktionszeichen wie der Pfeil verbinden beide Seiten.

Das Grundmuster sieht so aus.

\text{Reaktanten} \rightarrow \text{Produkte}

Der Pfeil wird als „ergibt“ gelesen. Ein Pluszeichen trennt mehrere Stoffe auf derselben Seite.

Reaktionsgleichung der Methanverbrennung

Ausgangspunkt ist ein gewöhnlicher Satz: Methan reagiert mit Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser. Daraus werden zuerst die Stoffnamen und anschließend die $Formeln auf beiden Seiten des Pfeils$ .

Schritt	Reaktionsform
Reaktionssatz	Methan + Sauerstoff $\rightarrow$ Kohlendioxid + Wasser
Startformeln	$\mathrm{CH_4} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{CO_2} + \mathrm{H_2O}$
Ausgeglichene Gleichung	$\mathrm{CH_4} + 2\mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{CO_2} + 2\mathrm{H_2O}$

Die erste Gleichung ist noch nicht ausgeglichen: Links stehen $2$ Sauerstoffatome, rechts aber $3$ . Nach dem Einsetzen der Koeffizienten ist die Anzahl jedes Elements auf beiden Seiten gleich.

Beginne mit Kohlenstoff, der auf jeder Seite bereits ein Atom hat. Links stehen vier Wasserstoffatome. Setze deshalb den Koeffizienten $2$ vor $\mathrm{H_2O}$ , damit rechts ebenfalls $2\times2=4$ Wasserstoffatome stehen. Rechts befinden sich nun $2+2=4$ Sauerstoffatome. Daher braucht $\mathrm{O_2}$ den Koeffizienten $2$ . Prüfe das Ergebnis:

Element	Links	Rechts
$\mathrm{C}$	$1$	$1$
$\mathrm{H}$	$4$	$4$
$\mathrm{O}$	$4$	$4$

Die Koeffizienten bilden das Verhältnis $1:2:1:2$ . Da alle vier Stoffe in diesem Beispiel molekular sind, lässt sich das Verhältnis unmittelbar als Molekülzahl darstellen: $1$ Methanmolekül reagiert mit $2$ Sauerstoffmolekülen zu $1$ Kohlendioxidmolekül und $2$ Wassermolekülen. Im Labor geben dieselben Koeffizienten das Stoffmengenverhältnis in Mol an.

Koeffizienten zeigen das Teilchenverhältnis

In der Ausgangsansicht stehen die Reaktanten links und die Produkte rechts in der ausgeglichenen Gleichung.

Reaktanten: $\mathrm{CH_4} + 2\mathrm{O_2}$ . Produkte: $\mathrm{CO_2} + 2\mathrm{H_2O}$ . Die Anzahlen der $\mathrm{C}$ -, $\mathrm{H}$ - und $\mathrm{O}$ -Atome sind auf beiden Seiten gleich.

Das Molekülmodell gilt nicht unverändert für jeden Stoff. Bei einem ionischen Feststoff oder einem Netzwerkfeststoff beschreibt der Koeffizient eine stöchiometrische Menge oder ein Verhältnis von Formeleinheiten. Für makroskopische Reaktionen geben Koeffizienten immer relative Stoffmengen an.

Koeffizienten ändern Formeln nicht

Die Atomzahl ergibt sich aus $Koeffizient mal Index$ . Koeffizienten dürfen verändert werden, weil sie die relativen Stoffmengen angeben.

\mathrm{CH_4} + 2\mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{CO_2} + 2\mathrm{H_2O}

Der Koeffizient $2$ vor $\mathrm{O_2}$ bedeutet zwei Sauerstoffmoleküle. Der Index in $\mathrm{O_2}$ ist Teil der Sauerstoffformel und darf daher nicht in $\mathrm{O_4}$ geändert werden.

Zustandssymbole stehen hinter der Formel

Ist der Aggregatzustand bekannt, steht sein Symbol direkt hinter der jeweiligen Formel. Bei der hohen Temperatur einer Methanflamme liegt das Wasserprodukt als Dampf vor. Die Gleichung kann daher so geschrieben werden:

\begin{aligned} &\mathrm{CH_4(g)} + 2\mathrm{O_2(g)} \\ &\rightarrow \mathrm{CO_2(g)} + 2\mathrm{H_2O(g)} \end{aligned}

Zustandssymbole verändern die Atomzahl nicht. Sie zeigen, in welchem Zustand ein Stoff $unter den genannten Bedingungen$ vorliegt. Kühlt das Produktgemisch so weit ab, dass Wasser kondensiert, schreiben wir das Wasser als $\mathrm{H_2O(l)}$ .

Symbol	Lesen als	Beispiel
$\mathrm{(s)}$	fest	$\mathrm{AgCl(s)}$
$\mathrm{(l)}$	flüssig	$\mathrm{H_2O(l)}$
$\mathrm{(g)}$	Gas	$\mathrm{CO_2(g)}$
$\mathrm{(aq)}$	in Wasser gelöst	$\mathrm{NaCl(aq)}$

Beispiel für einen Silberchloridniederschlag

Auch zwei klare Lösungen können beim Mischen einen Feststoff bilden. So reagiert Silbernitratlösung mit Natriumchloridlösung, wobei ein Niederschlag aus Silberchlorid entsteht.

\begin{aligned} &\mathrm{AgNO_3(aq)} + \mathrm{NaCl(aq)} \\ &\rightarrow \mathrm{AgCl(s)} + \mathrm{NaNO_3(aq)} \end{aligned}

Mit dem Koeffizientenverhältnis $1:1:1:1$ ist diese Gleichung bereits ausgeglichen. Das $\mathrm{(s)}$ hinter $\mathrm{AgCl(s)}$ kennzeichnet dieses Produkt $als Feststoff$ .

Schritte zum Schreiben einer Reaktionsgleichung

Namen der Reaktanten links und Namen der Produkte rechts notieren.
Jeden Stoffnamen in die richtige chemische Formel übertragen.
Die Atome jedes Elements links und rechts zählen.
Koeffizienten anpassen, bis alle Atomzahlen übereinstimmen.
Zustandssymbole ergänzen, sofern die Zustände bekannt sind.

Eine falsche Stoffformel lässt sich nicht $durch das Ausgleichen der Gleichung beheben$ . Prüfe deshalb jede Formel, bevor du die Koeffizienten anpasst.