Chemische Gleichungen ausgleichen

Chemische Gleichungen ausgleichen bedeutet, Koeffizienten so zu wählen, dass auf beiden Seiten von jedem Element gleich viele Atome vorhanden sind. Die Formeln werden dabei nicht verändert. Du änderst nur, wie viele Einheiten jeder Stoff an der Reaktion teilnehmen.

Das funktioniert, weil bei gewöhnlichen chemischen Reaktionen die Massenerhaltung gilt: Atome werden umgruppiert, nicht erzeugt oder vernichtet. Wenn die Produkte $4$ Sauerstoffatome enthalten, müssen die Edukte ebenfalls $4$ Sauerstoffatome enthalten.

Was das Ausgleichen einer chemischen Gleichung wirklich bedeutet

Das Ziel ist nicht, dass die Gleichung optisch gleichmäßig aussieht. Das Ziel ist, die Anzahl der Atome für jedes Element anzugleichen.

Beginne zum Beispiel mit

$$\mathrm{H_2 + O_2 \rightarrow H_2O}$$

Wasserstoff passt auf den ersten Blick: Auf beiden Seiten gibt es jeweils $2$ H-Atome. Sauerstoff nicht. Links gibt es $2$ Sauerstoffatome, rechts aber nur $1$.

Koeffizienten ändern, nicht Indizes

Ein Koeffizient gibt an, wie viele Moleküle oder Formeleinheiten vorhanden sind. Ein Index gehört zur Identität des Stoffes.

Also bedeutet

$$2\mathrm{H_2O}$$

zwei Wassermoleküle. Aber wenn man $\mathrm{H_2O}$ in $\mathrm{H_2O_2}$ ändert, wird aus Wasser Wasserstoffperoxid, also eine andere Verbindung.

Wenn die chemischen Formeln bereits korrekt sind, sollten nur die Koeffizienten geändert werden.

Durchgerechnetes Beispiel: Verbrennung von Methan ausgleichen

Betrachte die Reaktion

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

Zähle die Atome auf beiden Seiten, bevor du etwas veränderst.

• Kohlenstoff: links $1$, rechts $1$
• Wasserstoff: links $4$, rechts $2$
• Sauerstoff: links $2$, rechts $3$

Kohlenstoff ist bereits ausgeglichen, also lässt du ihn unverändert. Beim Wasserstoff fehlen rechts Atome, also setzt du eine $2$ vor Wasser:

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

Jetzt erneut zählen:

• Kohlenstoff: links $1$, rechts $1$
• Wasserstoff: links $4$, rechts $4$
• Sauerstoff: links $2$, rechts $4$

Sauerstoff ist das einzige Element, das noch nicht ausgeglichen ist, also setzt du eine $2$ vor $\mathrm{O_2}$:

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

Letzte Kontrolle:

• Kohlenstoff: auf beiden Seiten $1$
• Wasserstoff: auf beiden Seiten $4$
• Sauerstoff: auf beiden Seiten $4$

Jetzt ist die Gleichung ausgeglichen.

Eine zuverlässige Schritt-für-Schritt-Methode

Für viele Aufgaben am Anfang funktioniert diese Reihenfolge gut:

1. Schreibe die korrekten Formeln für Edukte und Produkte auf.
2. Zähle die Atome jedes Elements auf beiden Seiten.
3. Gleiche zuerst Elemente aus, die auf jeder Seite nur in einer Formel vorkommen.
4. Lasse Elemente wie Sauerstoff oder Wasserstoff eher bis später, wenn sie in mehreren Verbindungen vorkommen.
5. Zähle nach jeder Änderung eines Koeffizienten alle Elemente erneut.

Das ist ein nützliches Muster, aber keine Regel, die auf jede Reaktion passt. Entscheidend ist das erneute Nachzählen.

Häufige Fehler beim Ausgleichen von Gleichungen

Die Formel selbst verändern

Wenn du einen Index änderst, änderst du den Stoff. Dann gleichst du nicht mehr dieselbe Reaktion aus.

Vergessen, dass ein Koeffizient jedes Atom in der Formel verändert

Wenn du eine $2$ vor $\mathrm{H_2O}$ setzt, hast du jetzt aus Wasser $4$ Wasserstoffatome und $2$ Sauerstoffatome, nicht nur doppelt so viel Wasserstoff.

Vor der letzten Kontrolle aufhören

Eine Gleichung kann fast ausgeglichen aussehen und trotzdem noch um ein Atom falsch sein. Zähle am Ende immer jedes Element noch einmal.

Bruch-Koeffizienten in der Endantwort stehen lassen

Brüche können während des Lösungswegs auftreten, besonders bei schwierigeren Aufgaben. Die endgültig ausgeglichene Gleichung wird aber normalerweise mit den kleinsten ganzzahligen Koeffizienten geschrieben.

Wann ausgeglichene chemische Gleichungen wichtig sind

Das Ausgleichen ist der Ausgangspunkt für Stöchiometrie, Aufgaben zum limitierenden Reaktanden, Reaktionsausbeute und viele Laborberechnungen. Wenn die Gleichung nicht ausgeglichen ist, sind spätere Stoffmengen- und Massenberechnungen nicht zuverlässig.

Probiere selbst eine aus

Versuche auszugleichen:

$$\mathrm{Al + O_2 \rightarrow Al_2O_3}$$

Beginne mit Aluminium, gleiche dann Sauerstoff aus und prüfe am Ende, ob sich die Koeffizienten auf die kleinsten ganzen Zahlen kürzen lassen. Wenn du danach noch ein weiteres Beispiel willst, versuche eine Verbrennungsreaktion und schau, ob dasselbe Zählmuster wieder funktioniert.