Beobachten Sie eine chemische Reaktion — ein Farbwechsel, Blasen, die sich bilden, plötzlich freigesetzte Wärme — und es wirkt wie eine Verwandlung, fast als wäre etwas Neues aus dem Nichts erschaffen worden. Zoomen Sie auf die Ebene einzelner Atome, und tatsächlich passiert nichts so Dramatisches: bestehende Bindungen brechen, Atome ordnen sich neu an, und neue Bindungen bilden sich. Jedes Atom, das die Reaktion begonnen hat, ist am Ende immer noch da, nur anders organisiert.
Massenerhaltung: die Regel, der alles andere folgt
In jeder chemischen Reaktion werden Atome weder erschaffen noch zerstört — nur zu neuen Kombinationen neu angeordnet. Das bedeutet, die Gesamtmasse der eingehenden Reaktanten entspricht immer genau der Gesamtmasse der ausgehenden Produkte, auch wenn es nicht so aussieht (verbranntes Holz scheint zu Asche zu verschwinden, aber der Großteil seiner Masse wurde einfach zu unsichtbarem Gas, immer noch aus denselben Atomen gemacht, das sich in der Luft verteilt). Diese eine Regel ist der Grund, warum chemische Gleichungen ausgeglichen sein müssen — dieselbe Anzahl jedes Atoms muss auf beiden Seiten erscheinen, denn nichts wurde jemals hinzugefügt oder verloren.
Eine Reaktion erschafft oder zerstört keine Atome — sie bricht bestehende Bindungen und bildet neue, ordnet dieselben Atome zu einem anderen Molekül mit exakt derselben Gesamtmasse neu an.
Woher die Energie wirklich kommt
Eine chemische Bindung zu brechen erfordert immer einen Energieeinsatz; eine neue Bindung zu bilden setzt immer Energie frei. Ob sich eine Reaktion warm oder kalt anfühlt, hängt davon ab, welche Seite dieser Bilanz überwiegt. Setzt das Bilden der neuen Bindungen in den Produkten mehr Energie frei, als nötig war, um die Bindungen der Reaktanten zunächst zu brechen, entweicht der Überschuss als Wärme — eine exotherme Reaktion wie Verbrennung. Kostet das Brechen der ursprünglichen Bindungen mehr Energie, als die neuen Bindungen liefern, muss die Reaktion diese zusätzliche Energie aus ihrer Umgebung ziehen, weshalb manche Reaktionsmischungen beim Reagieren tatsächlich kälter werden.
Warum das Reaktionen vorhersehbar macht, nicht mysteriös
Sobald eine Reaktion als Brechen und Neubilden von Bindungen verstanden wird statt als magische Verwandlung, erweisen sich zwei beim GCSE scheinbar unzusammenhängende Dinge — Gleichungen ausgleichen und bestimmen, ob eine Reaktion exotherm oder endotherm ist — als dieselbe zugrunde liegende Idee aus zwei Blickwinkeln: Atome bleiben erhalten, und in strengerem Sinne auch Energie. Wenn chemische Reaktionen, das Ausgleichen von Gleichungen oder Energieänderungen als verbundener Mechanismus statt als separat auswendig zu lernende Themen erklärt werden müssen, ist genau dafür unsere GCSE-Chemie-Nachhilfe da — siehe den vollständigen Lernweg hier.
Häufig gestellte Fragen
Wenn die Masse erhalten bleibt, warum scheint verbranntes Holz so viel Masse zu verlieren und nur Asche übrig zu lassen?
Weil die meisten Produkte als Gas entweichen — hauptsächlich Kohlendioxid und Wasserdampf —, das Sie nicht sehen oder wiegen können, sobald es sich in der Luft verteilt hat. Könnten Sie jedes produzierte Gas zusammen mit der Asche einfangen und wiegen, würde die Gesamtmasse exakt der Masse des Holzes plus dem Sauerstoff entsprechen, mit dem es reagiert hat. Nichts wird zerstört, es befindet sich nur nicht mehr als Feststoff vor Ihnen.
Was bestimmt eigentlich, ob eine Reaktion Energie freisetzt oder aufnimmt?
Es läuft darauf hinaus, die zum Brechen der Bindungen der Reaktanten nötige Energie mit der beim Bilden der neuen Produktbindungen freigesetzten Energie zu vergleichen. Wird beim Bilden neuer Bindungen mehr Energie freigesetzt, als zum Brechen der alten nötig war, ist die Reaktion exotherm (setzt Energie frei, oft als Wärme); kostet das Brechen der alten Bindungen mehr, als die neuen Bindungen liefern, ist sie endotherm (nimmt Energie auf, kühlt oft die Umgebung ab).
Warum müssen chemische Gleichungen ausgeglichen sein?
Weil die Erhaltung der Masse bedeutet, dass dieselbe Anzahl jedes Atomtyps auf beiden Seiten der Gleichung erscheinen muss — Atome werden in der Reaktion weder erschaffen noch zerstört, nur zu neuen Molekülen neu angeordnet. Eine ausgeglichene Gleichung ist nur die Zahlenbuchhaltung, die beweist, dass kein Atom verschwunden oder aus dem Nichts aufgetaucht ist.
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Über den Autor
Sudershan Soni
Gründer und leitender Tutor bei Mostak Services — Tutor für Mathematik, Naturwissenschaften, Informatik und MINT mit Master-Abschluss und über 20 Jahren Berufserfahrung, unterrichtet Schüler von der 11+-Prüfung und GCSE bis zum A-Level und darüber hinaus, online weltweit.
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