Chemische Reaktionen — Arten, Ausgleichen & Beispiele

Eine chemische Reaktion findet statt, wenn aus Edukten neue Stoffe entstehen, die Produkte genannt werden, weil Atome zu neuen Kombinationen umgeordnet werden. Wenn du die Edukte, die Produkte und die Anzahl der Atome bestimmen kannst, kannst du die Reaktion meist einordnen und ihre Gleichung ausgleichen.

In einer gewöhnlichen chemischen Gleichung werden Atome umgeordnet, statt erzeugt oder zerstört zu werden. Deshalb ist das Ausgleichen wichtig: Die Anzahl der Atome jedes Elements muss auf beiden Seiten übereinstimmen, auch wenn sich die Stoffe selbst verändern.

Was sich bei einer chemischen Reaktion verändert

Chemische Reaktionen beinhalten meist eine oder mehrere dieser Veränderungen:

• Bindungen werden gebrochen und neue Bindungen entstehen
• Ionen tauschen ihre Partner
• Elektronen werden übertragen
• Energie wird aufgenommen oder abgegeben

Du musst nicht sofort jedes Detail klären. Die nützliche erste Frage ist einfacher: Was hat sich zwischen den Edukten und den Produkten verändert?

Häufige Arten chemischer Reaktionen

Lehrbücher ordnen Reaktionen nicht immer genau gleich ein, und eine Reaktion kann zu mehr als einer Kategorie passen. Das sind die wichtigsten Kategorien für den Einstieg.

Synthese

Bei einer Synthesereaktion verbinden sich einfachere Stoffe zu einem Produkt.

$$\mathrm{2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO}$$

Zersetzung

Bei einer Zersetzungsreaktion zerfällt eine Verbindung in einfachere Stoffe.

$$\mathrm{2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2}$$

Einfacher Austausch

Bei einer Reaktion mit einfachem Austausch ersetzt ein Element ein anderes in einer Verbindung. Ob das tatsächlich geschieht, hängt von den beteiligten Stoffen und den Reaktionsbedingungen ab.

$$\mathrm{Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2}$$

Doppelter Austausch

Bei einer Reaktion mit doppeltem Austausch tauschen Ionen in zwei Verbindungen ihre Partner. Viele Fällungsreaktionen und einige Säure-Base-Reaktionen werden so eingeführt.

$$\mathrm{AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl + NaNO_3}$$

Verbrennung

Bei einer Verbrennungsreaktion reagiert ein Stoff mit Sauerstoff. Bei einem Kohlenwasserstoff unter vollständiger Verbrennung sind die üblichen Produkte $\mathrm{CO_2}$ und $\mathrm{H_2O}$.

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

Redox

Redox bedeutet, dass Oxidation und Reduktion gemeinsam durch Elektronenübertragung stattfinden. Viele Metallverdrängungsreaktionen und viele Verbrennungsreaktionen sind ebenfalls Redoxreaktionen.

Diese Überschneidung ist wichtig. Reaktionstypen sind nützliche Bezeichnungen, keine strikt getrennten Schubladen.

Durchgerechnetes Beispiel: Eine Verbrennungsreaktion ausgleichen

Beginne mit der nicht ausgeglichenen Gleichung:

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

Das ist eine Verbrennungsreaktion, weil Methan mit Sauerstoff reagiert.

Gleiche nun die Atome Element für Element aus. Lass Sauerstoff zunächst weg, weil er in mehr als einem Produkt vorkommt.

Kohlenstoff ist bereits ausgeglichen: auf beiden Seiten steht $1$ Kohlenstoffatom.

Wasserstoff ist nicht ausgeglichen. Auf der linken Seite gibt es $4$ Wasserstoffatome, auf der rechten aber nur $2$. Setze einen Koeffizienten $2$ vor Wasser:

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

Zähle nun den Sauerstoff erneut. Auf der rechten Seite gibt es $2$ Sauerstoffatome in $\mathrm{CO_2}$ und weitere $2$ in $\mathrm{2H_2O}$, also insgesamt $4$. Setze deshalb einen Koeffizienten $2$ vor $\mathrm{O_2}$:

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

Prüfe die endgültigen Anzahlen:

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

Jetzt ist die Gleichung ausgeglichen.

So gleicht man chemische Gleichungen zuverlässig aus

Für die meisten Gleichungen am Anfang funktioniert dieses Muster gut:

1. Schreibe zuerst die richtigen Formeln auf.
2. Zähle die Atome jedes Elements auf beiden Seiten.
3. Ändere Koeffizienten, nicht Indizes.
4. Zähle nach jeder Änderung erneut.
5. Beende das Ausgleichen mit den kleinsten ganzzahligen Koeffizienten.

Der Schritt, den viele zu früh überspringen, ist das erneute Nachzählen. Eine Gleichung kann fast richtig aussehen und trotzdem noch nicht ausgeglichen sein.

Häufige Fehler beim Ausgleichen von Reaktionen

Indizes statt Koeffizienten ändern

Wenn du $\mathrm{H_2O}$ in $\mathrm{H_2O_2}$ änderst, wird die Gleichung nicht ausgeglichen. Du machst aus Wasser Wasserstoffperoxid, also einen anderen Stoff.

Reaktionstypen als absolut ansehen

Manche Reaktionen passen zu mehr als einer Bezeichnung. Eine Verbrennungsreaktion kann auch eine Redoxreaktion sein.

Vergessen, dass Bedingungen wichtig sind

Die Produkte können von Bedingungen wie Sauerstoffangebot, Temperatur, Lösungsmittel oder Katalysator abhängen. Zum Beispiel liefern vollständige und unvollständige Verbrennung nicht dieselben Produkte.

Denken, eine ausgeglichene Gleichung verrate die Geschwindigkeit

Das Ausgleichen zeigt dir das Atomverhältnis. Es sagt dir nicht, wie schnell die Reaktion abläuft. Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt von der Kinetik und den Reaktionsbedingungen ab.

Wo chemische Reaktionen vorkommen

Chemische Reaktionen erklären Rostbildung, Batterien, Verdauung, industrielle Synthese, Korrosion, Verbrennung und viele Labortests. Sie bilden auch die Grundlage für spätere Themen wie Stöchiometrie, Gleichgewicht, Thermochemie und Elektrochemie.

Probiere eine ähnliche Aufgabe

Versuche, diese beiden Gleichungen einzuordnen und auszugleichen:

$$\mathrm{2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl}$$ $$\mathrm{CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2}$$

Stelle dir bei jeder zuerst zwei Fragen: Welche Art von Veränderung findet statt, und ist die Gleichung ausgeglichen? Diese Gewohnheit macht chemische Reaktionen viel leichter lesbar.