Chemische Reaktionen und Reaktionsgleichungen

Bei einer chemischen Reaktion entstehen aus Ausgangsstoffen neue Stoffe mit neuen Eigenschaften, weil sich die Atome neu ordnen. Die Reaktionsgleichung beschreibt das mit Formeln, und auf beiden Seiten stehen gleich viele Atome jeder Sorte.

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2. Sek - 1. Jahr Gymnasium
Zyklus 3, Gymnasium
Lehrplan 21: NT.3.2.b

Zwei Jugendliche beobachten am Küchentisch, wie eine Brausetablette in einem Wasserglas sprudelt, daneben brennt eine Kerze.

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Das musst du wissen

Erklärung

Bei einer chemischen Reaktion entstehen neue Stoffe. Die bleiben erhalten und ordnen sich nur neu. Darum gleichst du jede Reaktionsgleichung so aus, dass links und rechts gleich viele Atome jeder Sorte stehen.

Woran du eine Reaktion erkennst

Bei einer chemischen Reaktion entsteht ein neuer Stoff mit neuen Eigenschaften. Anzeichen sind ein Farbwechsel, Gasblasen, Licht oder Wärme.

Beim Schmelzen, Verdampfen oder Lösen bleibt der Stoff derselbe: Eis und Wasser sind beide $H_{2} O$ . Das sind physikalische Vorgänge.

MerkeChemische Reaktion: Es entsteht ein neuer Stoff mit neuen Eigenschaften.

Im Teilchenmodell: Atome ordnen sich neu

Bei einer Reaktion lösen sich Bindungen zwischen Atomen, und neue entstehen. Kein Atom verschwindet, und keines kommt dazu.

Darum bleibt die Masse gleich: Das ist die Massenerhaltung. Wird ein Stoff scheinbar leichter, ist ein Gas entwichen. Wird er schwerer, hat er etwas aus der Luft aufgenommen.

MerkeKeine Atome gehen verloren, keine kommen dazu: Die Masse bleibt gleich.

Summenformel und Strukturformel

Die Summenformel zählt die Atome eines Teilchens. Der Index, die kleine tiefgestellte Zahl, gilt für das Atom davor: $H_{2} O$ hat 2 H-Atome und 1 O-Atom.

Die Strukturformel zeigt mit Strichen, welches Atom mit welchem verbunden ist: $H - O - H$ . So unterscheidet sie Stoffe mit gleicher Summenformel.

MerkeSummenformel: welche Atome wie oft. Strukturformel: wer mit wem verbunden ist.

Die Reaktionsgleichung lesen

Links stehen die Edukte, die Ausgangsstoffe, rechts die Produkte. Der Pfeil heisst «reagiert zu»: $C + O_{2} \to C O_{2}$ .

Der Koeffizient vor einer Formel zählt die Teilchen: $2 H_{2} O$ sind zwei Wassermoleküle mit 4 H und 2 O. Oft steht der Zustand dabei: (s) fest, (l) flüssig, (g) gasförmig, (aq) gelöst.

Reaktionsgleichungen ausgleichen

Links und rechts müssen gleich viele Atome jeder Sorte stehen. Schreib zuerst die richtigen Formeln: Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Chlor sind aus zwei Atomen ( $H_{2}$ , $O_{2}$ , $N_{2}$ , $C l_{2}$ ).

Dann zähl jede Atomsorte und gleiche mit Koeffizienten aus, nie mit den Indizes.

Ist Sauerstoff in mehreren Stoffen, etwa beim Verbrennen, gleichst du ihn zuletzt aus.

MerkeAusgleichen nur mit den grossen Zahlen davor, nie mit den kleinen Zahlen in der Formel.

Exotherm und endotherm

Eine exotherme Reaktion gibt Energie ab, meist als Wärme oder Licht, wie eine brennende Kerze. Eine endotherme Reaktion nimmt Energie auf, etwa wenn Strom Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt.

MerkeExotherm gibt Energie ab, endotherm nimmt Energie auf.

Aktivierungsenergie und Katalysator

Die meisten Reaktionen brauchen zuerst einen Anstoss, die Aktivierungsenergie. Darum brennt Holz erst, wenn du es anzündest. Im Energiediagramm ist sie ein Berg zwischen Edukten und Produkten.

Ein Katalysator senkt diesen Berg. Die Reaktion läuft schneller, und er selbst wird nicht verbraucht, etwa im Auspuff eines Autos.

MerkeEin Katalysator senkt die Aktivierungsenergie und wird nicht verbraucht.

Chemische Reaktion und Reaktionsgleichung (chemische reaktionen): Übersicht mit Woran du eine Reaktion erkennst; Im Teilchenmodell: Atome ordnen sich neu; Summenformel und Strukturformel; Reaktionsgleichungen ausgleichen; Exotherm und endotherm. — Chemische Reaktion und Reaktionsgleichung auf einen Blick: die wichtigsten Regeln.

Häufige Fehler

✕ $H_{2} + O_{2} \to H_{2} O_{2}$ als Gleichung für die Bildung von Wasser: Jetzt stimmen die Atome.
✓Der Index wurde geändert, $H_{2} O_{2}$ ist ein anderer Stoff. Richtig wird mit Koeffizienten ausgeglichen: $2 H_{2} + O_{2} \to 2 H_{2} O$ .
✕Wasserstoff und Sauerstoff schreibt man als einzelne Atome: $H + O$ .
✓Als Stoff kommen sie als Moleküle aus zwei Atomen vor: $H_{2}$ und $O_{2}$ . Ebenso $N_{2}$ und $C l_{2}$ .
✕Beim Verbrennen verschwindet Masse, die Asche ist ja viel leichter als das Holz.
✓Die meisten Produkte sind Gase ( $C O_{2}$ und Wasserdampf) und entweichen in die Luft. Zählt man sie und den verbrauchten Sauerstoff aus der Luft mit, bleibt die Masse gleich.
✕Wenn Eis schmilzt oder Zucker sich im Tee löst, ist das eine chemische Reaktion.
✓Der Stoff bleibt derselbe. Das sind physikalische Vorgänge. Eine Reaktion braucht einen neuen Stoff.

Begriffe zum Nachschlagen

Chemische Reaktion: Vorgang, bei dem aus Stoffen neue Stoffe mit neuen Eigenschaften entstehen, weil sich die Atome neu verbinden.
Edukt: Ausgangsstoff einer Reaktion. Edukte stehen in der Reaktionsgleichung links vom Pfeil.
Produkt: Stoff, der bei einer Reaktion entsteht. Produkte stehen in der Reaktionsgleichung rechts vom Pfeil.
Reaktionsgleichung: Kurzschrift einer Reaktion mit Formeln, Pfeil und Koeffizienten, zum Beispiel $2 H_{2} + O_{2} \to 2 H_{2} O$ .
Koeffizient: Grosse Zahl vor einer Formel in der Reaktionsgleichung. Sie sagt, wie viele Teilchen reagieren oder entstehen.
Index: Kleine tiefgestellte Zahl in einer Formel. Sie zählt das Atom direkt davor, bei $O_{2}$ also 2 O-Atome.
Summenformel: Formel, die zählt, welche Atome wie oft in einem Teilchen stecken, zum Beispiel $C O_{2}$ .
Strukturformel: Formel, die zeigt, welche Atome miteinander verbunden sind. Jeder Strich ist eine Bindung.
exotherm: Eine Reaktion ist exotherm, wenn sie Energie an die Umgebung abgibt. Das Gegenteil ist endotherm.
Aktivierungsenergie: Energie, die es braucht, damit eine Reaktion startet, etwa die Flamme eines Streichholzes.

Noch unsicher? Zuerst lernen:Atome: Protonen, Neutronen, Elektronen Periodensystem der Elemente

So geht's

Beispiele Schritt für Schritt

Beispiel 1Reaktion oder nicht?

Welche Vorgänge sind chemische Reaktionen? (a) Butter schmilzt in der Pfanne. (b) Ein Streichholz brennt. (c) Kochsalz löst sich in Wasser. (d) Ein Ei wird beim Kochen fest.

Lösung Schritt für Schritt

Frage bei jedem Vorgang: Ist danach ein neuer Stoff da?
(a) Geschmolzene Butter wird beim Abkühlen wieder fest. Es ist derselbe Stoff, nur flüssig.
(b) Beim Brennen entstehen Asche, Rauch und Gase. Das sind neue Stoffe.
(c) Lässt du das Wasser verdunsten, bleibt das Kochsalz zurück. Kein neuer Stoff.
(d) Das Eiweiss wird fest und weiss und wird beim Abkühlen nicht wieder flüssig. Es hat sich verändert.

(b) und (d) sind chemische Reaktionen. (a) und (c) sind physikalische Vorgänge.

Beispiel 2Wasser aus Wasserstoff und Sauerstoff

Wasserstoff reagiert mit Sauerstoff zu Wasser. Stelle die Reaktionsgleichung auf und gleiche sie aus.

Lösung Schritt für Schritt

Richtige Formeln hinschreiben. Wasserstoff und Sauerstoff kommen als Moleküle aus zwei Atomen vor. $H_{2} + O_{2} \to H_{2} O$
Zählen: Links 2 O, rechts nur 1 O. Ein Koeffizient 2 vor dem Wasser gibt rechts 2 O. $H_{2} + O_{2} \to 2 H_{2} O$
Jetzt stehen rechts 4 H, links nur 2. Ein Koeffizient 2 vor dem Wasserstoff gleicht das aus. $2 H_{2} + O_{2} \to 2 H_{2} O$
Kontrolle: Links 4 H und 2 O, rechts 4 H und 2 O.

$2 H_{2} + O_{2} \to 2 H_{2} O$

Beispiel 3Erdgas im Gasherd

Ein Mädchen rührt in einer Küche Spaghetti in einem Topf, darunter brennt eine blaue Gasflamme.

Lena kocht in Bern auf dem Gasherd Spaghetti. Das Erdgas besteht fast nur aus Methan, $C H_{4}$ . Es verbrennt mit dem Sauerstoff der Luft zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Stelle die Reaktionsgleichung auf und sag, ob die Reaktion exotherm oder endotherm ist.

Lösung Schritt für Schritt

Formeln hinschreiben: $C H_{4} + O_{2} \to C O_{2} + H_{2} O$
C: links 1, rechts 1, das stimmt. H: links 4, rechts 2. Also 2 vor das Wasser. $C H_{4} + O_{2} \to C O_{2} + 2 H_{2} O$
O zum Schluss: rechts 2+2=4 O-Atome. Links braucht es dafür 2 Sauerstoffmoleküle. $C H_{4} + 2 O_{2} \to C O_{2} + 2 H_{2} O$
Kontrolle: Links 1 C, 4 H, 4 O. Rechts 1 C, 4 H, 4 O.
Die Flamme gibt Wärme und Licht ab. Die Reaktion gibt also Energie ab: Sie ist exotherm.

$C H_{4} + 2 O_{2} \to C O_{2} + 2 H_{2} O$ , eine exotherme Reaktion.

Beispiel 4Rost am Velo

Ein Junge betrachtet an einem verschneiten Velounterstand die rostige Kette seines Velos.

Jonas hat sein Velo in Chur den ganzen Winter draussen stehen lassen. Die Kette ist rostig geworden. Vereinfacht reagiert Eisen ( $Fe$ ) mit Sauerstoff zu Eisenoxid ( $F e_{2} O_{3}$ ). Gleiche die Gleichung aus und erkläre, warum rostiges Eisen schwerer ist als vorher.

Lösung Schritt für Schritt

Formeln hinschreiben: $Fe + O_{2} \to F e_{2} O_{3}$
O: links 2, rechts 3. Das kleinste gemeinsame Vielfache ist 6. Also 3 vor den Sauerstoff und 2 vor das Eisenoxid. $Fe + 3 O_{2} \to 2 F e_{2} O_{3}$
Fe: rechts 2·2=4 Eisenatome. Also 4 vor das Eisen. $4 Fe + 3 O_{2} \to 2 F e_{2} O_{3}$
Kontrolle: Links 4 Fe und 6 O, rechts 4 Fe und 6 O.
Der Sauerstoff aus der Luft ist jetzt im Rost eingebaut. Seine Masse kommt zum Eisen dazu, darum wird die Kette schwerer. Die Masse aller Stoffe zusammen bleibt gleich.

$4 Fe + 3 O_{2} \to 2 F e_{2} O_{3}$ . Rost ist schwerer, weil Sauerstoff aus der Luft dazugekommen ist.

Jetzt du

Übungen mit Lösungen

Fang beim Einstieg an. Klapp die Lösung erst auf, wenn du selbst gerechnet hast. Steckst du fest, gibt Fox dir einen Tipp.

Einstieg5Üben5Knacknüsse5

1
Welche Vorgänge sind chemische Reaktionen? Milch wird sauer, Wasser verdampft, ein Feuerwerk explodiert, Schokolade schmilzt.
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Ergebnis: Milch wird sauer und das Feuerwerk explodiert.
1. Saure Milch schmeckt und riecht anders: Es ist ein neuer Stoff entstanden.
2. Beim Feuerwerk entstehen Licht, Rauch und neue Gase.
3. Verdampftes Wasser und geschmolzene Schokolade sind derselbe Stoff in einem anderen Zustand.
2
Traubenzucker hat die Summenformel $C_{6} H_{12} O_{6}$ . Wie viele Atome jeder Sorte stecken in einem Teilchen, und wie viele sind es zusammen?
Lösung zeigen
Ergebnis: 6 C, 12 H und 6 O, zusammen 24 Atome.
1. Der Index gilt für das Atom direkt davor: 6 C, 12 H, 6 O.
2. Zusammen: 6+12+6=24.
3
Nenne in der Gleichung $C + O_{2} \to C O_{2}$ die Edukte und das Produkt.
Lösung zeigen
Ergebnis: Edukte: Kohlenstoff und Sauerstoff. Produkt: Kohlenstoffdioxid.
1. Links vom Pfeil stehen die Edukte: $C$ und $O_{2}$ .
2. Rechts vom Pfeil steht das Produkt: $C O_{2}$ .
4
Was bedeutet $3 H_{2} O$ ? Wie viele H-Atome und wie viele O-Atome sind es?
Lösung zeigen
Ergebnis: 3 Wassermoleküle mit zusammen 6 H-Atomen und 3 O-Atomen.
1. Der Koeffizient 3 heisst: drei Wassermoleküle.
2. Jedes hat 2 H und 1 O: 3·2=6 H und 3·1=3 O.
5
Exotherm oder endotherm? (a) Holz verbrennt im Cheminée. (b) Strom zerlegt Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff.
Lösung zeigen
Ergebnis: (a) exotherm, (b) endotherm.
1. (a) Das Feuer gibt Wärme und Licht ab: Energie geht an die Umgebung.
2. (b) Die Zerlegung läuft nur, solange Strom fliesst: Die Reaktion nimmt Energie auf.

6
Magnesium verbrennt mit greller Flamme zu Magnesiumoxid. Gleiche aus: $Mg + O_{2} \to MgO$
Lösung zeigen
Ergebnis: $2 Mg + O_{2} \to 2 MgO$
1. O: links 2, rechts 1. Also 2 vor $MgO$ .
2. Jetzt rechts 2 Mg. Also 2 vor $Mg$ .
3. Kontrolle: 2 Mg und 2 O auf beiden Seiten.
7
Aus Stickstoff und Wasserstoff wird Ammoniak hergestellt. Gleiche aus: $N_{2} + H_{2} \to N H_{3}$
Lösung zeigen
Ergebnis: $N_{2} + 3 H_{2} \to 2 N H_{3}$
1. N: links 2, rechts 1. Also 2 vor $N H_{3}$ .
2. Rechts sind es jetzt 2·3=6 H. Links braucht es 3 $H_{2}$ .
3. Kontrolle: 2 N und 6 H auf beiden Seiten.
8
Natrium reagiert mit Chlor zu Kochsalz. Gleiche aus: $Na + C l_{2} \to NaCl$
Lösung zeigen
Ergebnis: $2 Na + C l_{2} \to 2 NaCl$
1. Cl: links 2, rechts 1. Also 2 vor $NaCl$ .
2. Jetzt rechts 2 Na. Also 2 vor $Na$ .
3. Kontrolle: 2 Na und 2 Cl auf beiden Seiten.
9
Schreib als ausgeglichene Formelgleichung: Wasserstoff und Chlor reagieren zu Chlorwasserstoff ( $HCl$ ).
Lösung zeigen
Ergebnis: $H_{2} + C l_{2} \to 2 HCl$
1. Formeln: $H_{2} + C l_{2} \to HCl$ .
2. Links je 2 H und 2 Cl, rechts je 1. Also 2 vor $HCl$ .
3. Kontrolle: 2 H und 2 Cl auf beiden Seiten.
10
12 g Kohlenstoff verbrennen vollständig mit 32 g Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid. Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht?
Lösung zeigen
Ergebnis: 44 g Kohlenstoffdioxid.
1. Massenerhaltung: Die Masse der Produkte ist gleich der Masse der Edukte.
2. 12 g+32 g=44 g.

11
Der Gasgrill auf dem Balkon brennt mit Propan, $C_{3} H_{8}$ . Es verbrennt zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Stelle die ausgeglichene Gleichung auf.
Lösung zeigen
Ergebnis: $C_{3} H_{8} + 5 O_{2} \to 3 C O_{2} + 4 H_{2} O$
1. C: 3 links, also 3 vor $C O_{2}$ .
2. H: 8 links, also 4 vor $H_{2} O$ .
3. O rechts: 3·2+4·1=10. Links braucht es 5 $O_{2}$ .
4. Kontrolle: 3 C, 8 H, 10 O auf beiden Seiten.
12
Im Hochofen wird Eisen aus Eisenoxid gewonnen. Gleiche aus: $F e_{2} O_{3} + C \to Fe + C O_{2}$
Lösung zeigen
Ergebnis: $2 F e_{2} O_{3} + 3 C \to 4 Fe + 3 C O_{2}$
1. O: links 3, rechts 2. Kleinstes gemeinsames Vielfaches 6: 2 vor $F e_{2} O_{3}$ , 3 vor $C O_{2}$ .
2. C: rechts 3, also 3 vor $C$ .
3. Fe: links 2·2=4, also 4 vor $Fe$ .
4. Kontrolle: 4 Fe, 6 O, 3 C auf beiden Seiten.
13
Aluminium überzieht sich an der Luft mit einer dünnen Schicht Aluminiumoxid, $A l_{2} O_{3}$ . Stelle die ausgeglichene Gleichung auf.
Lösung zeigen
Ergebnis: $4 Al + 3 O_{2} \to 2 A l_{2} O_{3}$
1. Formeln: $Al + O_{2} \to A l_{2} O_{3}$ .
2. O: links 2, rechts 3, also 6: 3 vor $O_{2}$ , 2 vor $A l_{2} O_{3}$ .
3. Al: rechts 2·2=4, also 4 vor $Al$ .
14
Sara gleicht $Mg + O_{2} \to MgO$ so aus: $Mg + O_{2} \to Mg O_{2}$ . Die Atome stimmen. Was ist falsch?
Lösung zeigen
Ergebnis: Sie hat den Index geändert. $Mg O_{2}$ ist nicht Magnesiumoxid. Richtig: $2 Mg + O_{2} \to 2 MgO$ .
1. Die Formel eines Stoffs ist fest. Wer den Index ändert, schreibt einen anderen Stoff hin.
2. Ausgeglichen wird nur mit Koeffizienten: 2 vor $MgO$ und 2 vor $Mg$ .
15
Eine Reaktion läuft einmal ohne und einmal mit Katalysator ab. Was ändert sich im Energiediagramm und was nicht?
Lösung zeigen
Ergebnis: Mit Katalysator ist der Berg der Aktivierungsenergie niedriger. Die Energie der Edukte und Produkte und damit die abgegebene Energie bleiben gleich.
1. Der Katalysator senkt die Aktivierungsenergie, die Reaktion startet leichter und läuft schneller.
2. Edukte und Produkte sind dieselben, also liegen Anfang und Ende im Diagramm gleich hoch.
3. Der Katalysator selbst wird nicht verbraucht.

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Für Eltern und Lehrpersonen

Lehrplan 21

Typische Klasse: 2. Sek - 1. Jahr Gymnasium
Stufe: Zyklus 3, Gymnasium
Fach: Chemie

In der 2. und 3. Sek im Fach Natur und Technik mit dem Teilchenmodell und ersten Reaktionsgleichungen. Im 1. Jahr Gymnasium als Grundlage für das Rechnen mit Stoffmengen.

NT.3.2.bEine chemische Reaktion als Umbau von Teilchen darstellen und mit einem Energiediagramm zeigen, ob sie Energie abgibt oder aufnimmt.
NT.3.2.eMit dem Teilchenmodell begründen, warum bei einer Reaktion die Masse gleich bleibt und wovon abhängt, wie schnell sie abläuft.
NT.3.2.dEine Stoffumwandlung als neue Anordnung von Teilchen und als Lösen und Knüpfen von Bindungen beschreiben.

Codes nach dem Lehrplan 21 der Deutschschweiz, Umschreibung in eigenen Worten. Wann genau das Thema drankommt, legt das Lehrmittel der Schule fest. Alle Themen nach Lehrplan 21

Gut zu wissen

Häufige Fragen

Was ist eine chemische Reaktion, einfach erklärt?

Aus einem oder mehreren Stoffen entstehen neue Stoffe mit anderen Eigenschaften. Die Atome bleiben dieselben, sie lösen alte Bindungen und knüpfen neue. Ein Beispiel ist das Verbrennen von Holz zu Asche, Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf.

Was ist der Unterschied zwischen einem chemischen und einem physikalischen Vorgang?

Bei einem chemischen Vorgang entsteht ein neuer Stoff. Bei einem physikalischen Vorgang wie Schmelzen, Verdampfen oder Lösen bleibt der Stoff derselbe und ändert nur seinen Zustand oder seine Verteilung.

Warum darf man beim Ausgleichen die kleinen Zahlen nicht ändern?

Die kleinen Zahlen, die Indizes, legen fest, um welchen Stoff es geht. $H_{2} O$ ist Wasser, $H_{2} O_{2}$ ist ein ganz anderer Stoff. Darum gleichst du nur mit den Koeffizienten vor den Formeln aus.

In welcher Klasse lernt man chemische Reaktionen?

Meist in der 2. und 3. Sek im Fach Natur und Technik, zuerst mit Anzeichen und dem Teilchenmodell, dann mit Reaktionsgleichungen. Im 1. Jahr Gymnasium werden Gleichungen wieder aufgenommen und mit dem Rechnen von Stoffmengen verbunden. Je nach Kanton und Schule kann es etwas früher oder später sein.