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Bei einer chemischen Reaktion verschwinden Atome nicht und entstehen auch nicht aus dem Nichts. Sie werden lediglich neu angeordnet. Deshalb ist die Masse des gesamten Systems vor und nach der Reaktion gleich.
Das Schlüsselwort lautet System. In einem geschlossenen Behälter bleibt jeder Stoff innerhalb der gewogenen Grenze. Aus einem offenen Behälter kann dagegen Gas entweichen. Dann zeigt die Waage weniger an, obwohl die Masse aller Stoffe einschließlich des entwichenen Gases erhalten ist. OpenStax Chemistry 2e beschreibt diese Erhaltung in Phases and Classification of Matter als unveränderte Gesamtmenge an Materie während chemischer oder physikalischer Veränderungen.
Vor der modernen Chemie wurde Verbrennung häufig mit Phlogiston erklärt, als würde beim Brennen eine unsichtbare Substanz entweichen. Antoine Lavoisier stellte diese Vorstellung durch sorgfältiges Wiegen infrage. Er erfasste die Massen von Reaktanten und Produkten einschließlich der Gase. So ließ sich Verbrennung als Reaktion mit Sauerstoff verstehen, nicht als Verlust eines geheimnisvollen Stoffes.
Das Science History Institute fasst Lavoisiers Rolle bei der Festlegung des Massenerhaltungssatzes und der Verknüpfung von Verbrennung mit Sauerstoff in Antoine-Laurent Lavoisier zusammen.
Wechsle im Modell zwischen geschlossenem und offenem System. Für die Bilanz zählt jeder Stoff, nicht nur der Teil, der im Behälter sichtbar bleibt.
In einem geschlossenen System bleiben Produkte und Reaktantenreste innerhalb des gewogenen Bereichs.
Die offene Ansicht beginnt mit denselben Zink und Schwefel. Anschließend überschreitet im Modell Schwefel als Dampf die Grenze, bevor dieser Anteil reagiert. Mit den verkürzten Standardatomgewichten der CIAAW von 2024, und , reagiert der verbleibende Schwefel mit ungefähr Zink.
Die Anzeige ändert sich, weil Materie die gewählte Grenze überschreitet. Die Grenze ist nicht falsch und der Erhaltungssatz versagt nicht. Entscheidend ist, klar anzugeben, welches System die Zahl beschreibt.
Ein Schüler erhitzt Zink mit Schwefel. Nach der Reaktion sind Zinksulfid entstanden, während Zink nicht reagiert haben.
Die stöchiometrische Kurzschreibweise auf Teilchenebene lautet:
Diese Schreibweise verfolgt ein Zinkatom für jedes Schwefelatom, das in Zinksulfid eingebaut wird. Sie ist ein Zusammensetzungsmodell für die Rechnung und behauptet nicht, dass elementarer Schwefel in einer Stoffportion aus einzelnen, voneinander getrennten Atomen besteht.
Bleibt ein Reaktant übrig, entspricht die Produktmasse nicht der gesamten Ausgangsmasse dieses Reaktanten. Deshalb wird zuerst nur die tatsächlich umgesetzte Zinkmasse bestimmt.
Somit ist die Massenerhaltung für den Teil bestätigt, der tatsächlich reagiert: Die Masse des reagierenden Zinks plus die Masse des Schwefels entspricht der Masse des gebildeten Zinksulfids.
Wird der gesamte Behälter gezählt, bleibt auch die Masse unverändert:
Drei Fragen müssen dabei getrennt bleiben.
Britannica erklärt in The Conservation of Matter, dass chemische Gleichungen ausgewogen sein müssen, da auf beiden Seiten die gleiche Anzahl von Atomen jedes Elements vorkommt und Massenberechnungen der Erhaltung der Materie folgen.
Sobald die Gesamtmasse geschützt ist, wird die nächste Frage schärfer: Wenn zwei Elemente dieselbe Verbindung bilden, bleibt ihr Massenverhältnis konstant? Das führt direkt zum Gesetz der konstanten Zusammensetzung.
