Vom Mischen zum Verändern
Nicht jedes Mischen und nicht jede sichtbare Veränderung ist eine chemische Reaktion. In Wasser gelöster Zucker bleibt Zucker, und schmelzendes Eis bleibt Wasser. In beiden Fällen entsteht kein neuer Stoff.
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Nicht jedes Mischen und nicht jede sichtbare Veränderung ist eine chemische Reaktion. In Wasser gelöster Zucker bleibt Zucker, und schmelzendes Eis bleibt Wasser. In beiden Fällen entsteht kein neuer Stoff.
Eine chemische Reaktion findet statt, wenn Ausgangsstoffe in neue Stoffe umgewandelt werden. Die Ausgangsstoffe nennt man Reaktanten, die gebildeten Stoffe nennt man Produkte.
Auch ohne Analysegerät liefern sichtbare Veränderungen erste Hinweise auf eine chemische Reaktion. Dazu gehören Gasbildung, ein Niederschlag, eine Farbänderung oder eine Energieänderung. OpenStax Chemistry 2e ordnet in Classifying Chemical Reactions Reaktionen unter anderem anhand von Fällung, Säure-Base-Verhalten und Oxidation oder Reduktion ein.
Wähle einen Hinweis aus und vergleiche den Zustand vor und nach der Veränderung. Entscheidend ist nicht nur, was sichtbar wird, sondern auch, was vermutlich mit den Stoffen geschehen ist.
Aufsteigende Blasen können zeigen, dass im Gemisch ein Gas entsteht.
Gasbildung kann durch Blasen in einer Flüssigkeit oder durch aus der Mischung austretendes Gas sichtbar werden. Rauch kann bei einer Verbrennung auftreten, wird von der US-Umweltschutzbehörde jedoch als luftgetragene Partikelmaterie eingeordnet. Rauch allein beweist deshalb kein gasförmiges Produkt. Unbekannte Stoffe dürfen niemals absichtlich gerochen werden. Die American Chemical Society weist in Safety in Academic Chemistry Laboratories an, Chemikalien nicht direkt zu erschnuppern und Dämpfe nur nach ausdrücklicher Anweisung vorsichtig heranzufächeln.
Ein Niederschlag ist ein neuer Feststoff, der aus einer Lösung entsteht. Beispielsweise können zwei klare Lösungen einen weißen Feststoff ergeben, weil ihre Ionen eine Verbindung bilden, die sich nicht gut löst.
Eine Farbveränderung kann ein deutlicher Hinweis sein, wenn kein Farbstoff hinzugefügt wird. Die Farbe ändert sich, weil ein neues Produkt anders mit Licht interagieren kann.
Eine Energieveränderung kann sich als Erwärmung, Abkühlung oder Licht zeigen. Das Lösen der Bindungen in den Reaktanten benötigt Energie, während die Bildung neuer Produktbindungen Energie freisetzt. Die Umgebung wird warm, wenn insgesamt mehr Energie frei als aufgenommen wird, und kühl, wenn das Gegenteil gilt.
Chem LibreTexts unterscheidet chemische und physikalische Veränderungen ebenfalls über die Frage, ob ein neuer Stoff entsteht. Eine Zusammenfassung bietet Chemical Change vs. Physical Change.
Ein Zeichen reicht nicht immer aus. Kochendes Wasser erzeugt Blasen, aber es handelt sich um eine physikalische Veränderung, da die Substanz immer noch ist. Auch gelöstes Salz sieht anders aus, kann aber durch Verdunstung des Wassers wiedergewonnen werden.
Die folgende Übersicht hilft bei der Einordnung.
| Vorgang | Einordnung | Begründung |
|---|---|---|
| Eis schmilzt | Physikalische Veränderung | Der Stoff bleibt . |
| Papier verbrennt | Chemische Reaktion | Gasförmige Produkte und Asche entstehen, während Energie als Wärme und Licht frei wird. |
| Zwei klare Lösungen bilden einen Feststoff | Wahrscheinliche chemische Reaktion | Ein zuvor nicht vorhandener Niederschlag entsteht. |
| Roter Farbstoff wird mit Wasser gemischt | Physikalische Veränderung | Die Farbe ändert sich durch die Verteilung des Farbstoffs, nicht durch ein neues Produkt. |
Natürlich müssen wir prüfen, ob sich die Produkte wirklich von den Reaktanten unterscheiden. Im Labor kann dies durch Messung der Masse, Prüfung eines Gases, Beobachtung eines Niederschlags oder Analyse der Zusammensetzung erfolgen.
Die Grundgesetze der Chemie beschreiben Muster, die bei Reaktionen erhalten bleiben. Bevor wir diese Muster untersuchen, müssen wir deshalb erkennen, ob überhaupt eine chemische Reaktion vorliegt.
Metalloxide liefern ein Beispiel. Nickel kann ein Oxid mit der Formel bilden, Kobalt eines mit der Formel . Beide Formeln zeigen, dass sich das jeweilige Metall und Sauerstoff in einem bestimmten Verhältnis verbinden.
Reaktionshinweise zeigen, dass möglicherweise ein neuer Stoff entsteht. Die Grundgesetze helfen anschließend, das Massenmuster zu berechnen. Die Reihenfolge lautet daher: zuerst den Hinweis beobachten, dann das Stoffverhältnis messen.