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Reaktionsgleichung

In der Chemie ist eine Reaktionsgleichung ? auch Reaktionsschema genannt ? die Kurzschreibweise für eine chemische Reaktion. Sie gibt die Ausgangs- und Endstoffe einer Stoffumwandlung in Formelschreibweise wieder, ist international einheitlich und wird von allen Chemikern verstanden.

Aufbau einer Reaktionsgleichung

Der Aufbau einer Reaktionsgleichung (eines Reaktionsschemas) folgt bestimmten Regeln, deren Anwendung beim Erstellen im Artikel Reaktionsschema ausführlich erläutert wird. Zusammengefasst ist zu sagen:

Auf der linken Seite stehen die chemischen Summenformeln der Ausgangsstoffe (Edukte) ? auf der rechten die Summenformeln der Produkte. Dazwischen wird ein Reaktionspfeil geschrieben (z. B. $\backslash longrightarrow$), der kennzeichnet, in welche Richtung die Reaktion abläuft.
Vor die Formeln setzt man zudem groß geschriebene Zahlen. Diese stöchiometrischen Koeffizienten der beteiligten Stoffen geben an, wie viele Moleküle des jeweiligen Stoffes oder wie viel Stoffmenge (in Mol) jeweils benötigt, verbraucht oder erzeugt werden. Sie müssen so gewählt werden, dass die Stoffmengen-Verhältnisse der Reaktionspartner (ihre stöchiometrischen Bedingungen) korrekt wierdergegeben werden: Für jedes chemische_Element müssen auf der linken Seite einer Reaktionsgleichung gleich viele Atome wie auf der rechten Seite vorhanden sein
(Die Ziffer ?Eins? als stöchiometrischer Koeffizient taucht daher z. B. nicht als Faktor auf). Diese ?stöchiometrischen Koeffizienten? werden in DIN 32642 stöchiometrischen Zahlen genannt.

Beispielsweise wird die Verbrennung von Methangas (Formel: CH₄) in Sauerstoffgas (Formel: 2 O₂) zu Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf durch die Gleichung

:$\backslash mathrm\{CH\_4\; +\; 2\; \backslash \; O\_2\; \backslash longrightarrow\; CO\_2\; +\; 2\; \backslash \; H\_2O\}$

beschrieben. In diesem Beispiel sind für Kohlenstoff C je ein Atom (links in CH₄ und rechts in CO₂), für Wasserstoff H je vier Atome (links in CH₄ und rechts je 2 in beiden H₂O), sowie für Sauerstoff O ebenfalls je vier Atome (links je zwei in beiden O₂ und rechts zwei in CO₂ und je eines in beiden H₂O) vorhanden.

Mögliche Zusatzangaben in Reaktionsgleichungen

Zur Verdeutlichung werden, sofern nicht für den betrachtenden Fall unerheblich, die Phasen der Reaktanden in Kurzbeschreibung im Reaktionsschema mit angegeben.

Über den Pfeil schreibt man gegebenenfalls die Reaktionsbedingungen, wie z.B. das Zuführen von Aktivierungsenergie. Die entstehende oder aufgewendete Reaktionsenergie wird auf die Seite geschrieben, wo sie anfällt bzw. aufgewendet werden muss.

Für thermodynamische Berechnungen wird häufig die Reaktionsenthalpie mit angegeben, beispielsweise bei der Reaktionsgleichung der Knallgasreaktion

:$\backslash mathrm\{2\; \backslash \; H\_\{2(g)\}\; +\; O\_\{2(g)\}\; \backslash longrightarrow\; 2\; \backslash \; H\_2O\_\{(fl)\}\; \backslash \; ,\; \backslash Delta\; H\; =\; -286\; \backslash \; \backslash frac\{kJ\}\{Mol\}\}$

Bei der Bildung von einem Mol flüssigem H₂O aus gasförmigen H₂ und O₂ werden also 286 kJ Energie frei. Hier ist es wesentlich, dass die Phase der an der Reaktion beteiligten Substanzen mitangegeben wird, da bei den Phasenübergängen ebenfalls Energie umgesetzt wird. Die Reaktionswärme ?H wird üblicherweise bei 25 °C angegeben. Ein positiver Wert von ?H bezeichnet endotherme Reaktionen, ein negativer Wert exotherme Reaktionen.

In der Chemie werden in Reaktionsgleichungen verschiedene Pfeile verwendet, deren Bedeutung genau festgelegt ist:

Reaktionspfeil
Gleichgewichtspfeil
Mesomeriepfeil
Retrosynthesepfeil

Erstellen einer Reaktionsgleichung

Anhand der Reaktion von Wasserstoffgas (H₂) und Sauerstoffgas (O₂) zu Wasser (H₂O) soll das Erstellen einer Reaktionsgleichung geschildert werden.

Deutung erstellen

Durch die Beobachtung, kann man die Endstoffe für eine Reaktionsgleichung erstellen.
Wir wissen, dass ein neuer Stoff entsteht. Dieser Stoff kann nicht Wasserstoff oder Sauerstoff sein. Der neue Stoff muss also eine Verbindung aus einem Wasserstoff und Sauerstoff-Atom sein.
Wir haben also:

:$\backslash mathrm\{H\_2\; +\; O\_2\; \backslash longrightarrow\; HO\}$

Stöchiometrische Wertigkeiten aufschreiben

H₂ und O₂ haben die Wertigkeit 0, da diese Moleküle nur aus einer Atomsorte bestehen.
In HO hat H die Wertigkeit +I und O hat die Wertigkeit ?II.
Nun müssen wir die Atomzahlen von H und O für das Produkt errechnen. Wir bilden das kleinste gemeinsame Vielfache der Wertigkeiten:

:$kgV(1,2)\; =\; 2\; \backslash$.

Nun ist die Atomzahl dieses kgV dividiert durch die Wertigkeit des Elements. Für H:

:$\backslash frac\{kgV(1,2)\}\{1\}\; =\; 2$.

Und für O ist die Atomzahl:

:$\backslash frac\{kgV(1,2)\}\{2\}\; =\; 1$.

Das Produkt muss also H₂O lauten. Zum Nachprüfen schaut man, ob das Molekül insgesamt auf eine Wertigkeit von 0 kommt:

:$\backslash mathrm\{2\; \backslash cdot\; +I\; +\; 1\; \backslash cdot\; -II\; =\; 0\}$

Die Reaktionsgleichung lautet nun:

:$\backslash mathrm\{2\; \backslash \; H\_2+\; O\_2\backslash longrightarrow\; 2\; \backslash \; H\_2O\}$

Ermitteln der Faktoren

In der letzten Gleichung wären unter den Edukten zwei Wasserstoffatome (1 H₂) und zwei Sauerstoffatome (1 O₂), im Reaktionsprodukt sind es aber zwei Wasserstoffatome (1 H₂) und ein Sauerstoffatom (1 O). Man muss also vor das Reaktionsprodukt eine 2 schreiben:

:$\backslash mathrm\{2H\_2\; +\; O\_2\; \backslash longrightarrow\; 2\; \backslash \; H\_2O\}$.

Nun sind es aber bei den Edukten zwei Wasserstoffatome zu wenig, also muss man vor H₂ ebenfalls eine 2 schreiben.

Ladungen ausgleichen

Bei manchen Reaktionsgleichungen muss man nun die Ladungen ergänzen.
Wir fügen zur Ausgangsseite H⁺ oder (OH)^? hinzu, damit wir auf beiden Reaktionsgleichungen die gleiche Ladung haben.

Beispiel:
Ausgangsseite hat die Ladung +1 und Endseite hat die Ladung +2, dann müssen wir

:$\backslash mathrm\{(+2)\; -\; (+1)\; =\; 1\; \backslash \; H^\{+1\}\}$

hinzufügen.

Wenn die Ausgangsseite die Ladung +2 und Endseite die Ladung +1 hat, dann müssen wir

:$\backslash mathrm\{(+1)\; -\; (+2)\; =\; -1\; \backslash \; (OH)^\{-1\}\}$

hinzufügen.
Diese Ionen reagieren dann mit den übrigbleibenden H⁺ oder (OH)^? zu H₂O.

Ergebnis

Die Reaktionsgleichung lautet nun:

:$\backslash mathrm\{2\; \backslash \; H\_2\; +\; O\_2\; \backslash longrightarrow\; 2\; \backslash \; H\_2O\; \}$

Beispiele in Ionenschreibweise

An Stelle der Vollschreibweise mit kompletten Summenformeln kann man nicht mitreagierende Kationen oder Anionen auch aus der Reaktionsgleichung herauskürzen.
Auf diese Weise erstellte Reaktionsgleichungen lauten z. B.:

:$\backslash mathrm\{2\; \backslash \; I^-\; +\; Cl\_2\; \backslash longrightarrow\; I\_2\; \backslash uparrow\; +\; 2\; \backslash \; Cl^-\}$

:$\backslash mathrm\{2\; \backslash \; CO\_3^\{2-\}\; +\; 4\; \backslash \; HCl\; \backslash longrightarrow\; CO\_2\; \backslash uparrow\; +\; 4\; \backslash \; Cl^-\; +\; 2\; \backslash \; H\_2O\}$

:$\backslash mathrm\{S^\{2-\}\; +\; Pb(NO\_3)\_2\; \backslash longrightarrow\; PbS\; +\; 2\; \backslash \; NO\_3^-\}$

:$\backslash mathrm\{SO\_4^\{2-\}\; +\; BaCl\_2\; \backslash longrightarrow\; BaSO\_4\; \backslash downarrow\; +\; 2\; \backslash \; Cl^-\}$

:$\backslash mathrm\{SO\_3^\{2-\}\; +\; H\_2SO\_4\; \backslash longrightarrow\; SO\_2\; +\; H\_2O\; +\; SO\_4^\{2-\}\}$

:$\backslash mathrm\{4\; \backslash \; Fe^\{3+\}\; +\; 3\; \backslash \; K\_4[Fe(CN)\_6]\; (aq)\; \backslash longrightarrow\; Fe\_4[Fe(CN)\_6]\_3\; +\; 12\; \backslash \; K^+\}$

Weblinks

• Online Rechner zum Bestimmen der Koeffizienten einer stöchiometrischen Gleichung, inklusive der Beschreibung des mathematischen Hintergrunds
• Netchemie Formelmaker Struktur- und Reaktionsgleichungen einfach aufstellen

Literatur

* Michael Wächter: Stoffe, Teilchen, Reaktionen. Verlag Handwerk und Technik,Hamburg 2000, S.154-169 ISBN 3-582-01235-2ln:Mokokano

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