Prinzipien chemischer Reaktionen
I. Die chemische Reaktion als Stoffveränderung
II. Gesetz von der Erhaltung der Masse
III. Oxidation
IV. Reduktion
V. Redoxreaktionen
VI. Exotherme und endotherme Reaktionen
VII. Das Gesetz von den konstanten Massenverhältnissen
I. Die chemische Reaktion als Stoffveränderung
Das Kennzeichen chemischer Reaktionen ist das Entstehen neuer Stoffe
(Reaktionsprodukte). Diese werden Reaktionsprodukte genannt und haben andere
Eigenschaften als die Ausgangsstoffe. Chemische Reaktionen sind nicht nur in der
chemischen Industrie oder im Labor, sondern auch im Alltag zu beobachten.
Chemische Reaktionen, bei denen mehrere Ausgangsstoffe zu einem neuen Reaktionsprodukt
reagieren, nennt man Synthesen. Im Gegensatz dazu werden chemische Reaktionen, bei
denen ein Stoff in seine Bestandteile zerlegt wird, als Analysen bezeichnet.
Versuche:
Ammoniak aus Hirschhornsalz
Der Gipskreislauf
Oxidation von Ascorbinsäure
Reaktion von Säuren mit unedlen Metallen
II. Gesetz von der Erhaltung der Masse
Eines der wichtigsten Grundgesetze für chemische Reaktionen ist das Gesetz
von der Erhaltung der Masse. Es besagt, dass bei chemischen Reaktionen die Masse der
Ausgangsstoffe gleich der Masse der Reaktionsprodukte ist. Durch dieses Gesetz wird deutlich,
dass bei chemischen Reaktionen, auch wenn als Reaktionsprodukte Gase entstehen, kein
Masseverlust eintritt.
Versuche:
Einfache Experimente zum Gesetz von der Erhaltung der Masse
III. Oxidation
Der klassische Oxidationsbegriff beschreibt eine chemische Reaktion unter
Beteiligung von Sauerstoff, wobei die entsprechenden Oxide des Ausgangsstoffes
entstehen. Metalloxide und Nichtmetalloxide haben wie alle Produkte chemischer Reaktionen
andere Eigenschaften, als ihre Ausgangsstoffe (Metalle, Nichtmetalle und Sauerstoff).
Oxidationsreaktionen, als Reaktion mit Sauerstoff, müssen aber nicht immer mit
Flammenerscheinungen verbunden sein. Das Rosten von Eisen ist ein Beispiel dafür,
dass Oxidationsreaktionen auch langsam ablaufen können. Man nennt diese Reaktion
auch stille Oxidation.
Der erweiterte Oxidationsbegriff beruht auf der Beobachtung, dass
z. B. Eisenwolle nicht nur in Sauerstoff, sondern auch in Chlorgas verbrennt. Dabei
entsteht gelbes Eisenchlorid (FeCl3), ein Salz, welches aus positiv geladenen
Eisen-Ionen (Fe 3+) und negativ geladenen Chlorid-Ionen (Cl -)
aufgebaut ist. Auch diese Reaktion ist eine Oxidationsreaktion, die auf dem erweiterten
Oxidationsbegriff beruht. Er beschreibt die Oxidation als Abgabe von Elektronen
(z. B. Fe à
Fe 3+ + 3 e -).
Versuche:
Oxidation von Kupfermünzen
Oxidationsreihe der Metalle
Herstellen von Wunderkerzen
Oxidation von Ascorbinsäure
Herstellen von Schwefeldioxid mit verschiedenen Mitteln
Explosionsbereich eines Benzin-Luft-Gemisches
Nachweis von Kohlenstoff in Grillkohle
IV. Reduktion
Der klassische Reduktionsbegriff beschreibt Reaktionen, bei denen Sauerstoff
aus einem Oxid entrissen wird.
Parallel zum erweiterten Oxidationsbegriff beschreibt der moderne Reduktionsbegriff
chemische Reaktionen als Aufnahme von Elektronen
(siehe Beispiel oben: Cl2 + 2 e - à
2 Cl - ).
Versuche:
Darstellen von Sauerstoff aus Pökelsalz
Sauerstoff aus Fleckensalz
V. Redoxreaktionen
Da bei einer Oxidation und einer Reduktion aber nicht nur Elektronen abgegeben
bzw. die Elektronen nur aufgenommen werden können, laufen Oxidation und Reduktion
immer parallel ab. Man nennt diese Reaktionen deshalb auch Redoxreaktionen. Der Reaktionspartner,
der die Elektronen abgibt und damit einen anderen Stoff reduziert
(zur Elektronenaufnahme bewegt) wird als Reduktionsmittel bezeichnet.
Der Stoff, der die Elektronen vom Reaktionspartner nimmt und damit den Partner
oxidiert (ihn zur Elektronenabgabe bewegt) heißt Oxidationsmittel.
Gesamtgleichung: 2 Fe + 3 Cl2 à 2 FeCl3
Oxidation: Fe à 2 Fe 3+ + 6 e - (Eisen ist das Reduktionsmittel und wird selbst oxidiert) Reduktion: 3 Cl2 + 6 e - à 6 Cl - (Chlor ist das Oxidationsmittel und wird selbst reduziert)Versuche:
Identifizieren von Camping-Gas durch quantitative Verbrennung
Reduktionswirkung von Natriumdithionit in Entfärbern
Der Fixierprozess bei Fotopapieren
Reduktionswirkung von Ascorbinsäure
Ein Bleistiftanspitzer als Lokalelement (Modell der Opferanode)
Korrosionsverhalten von verzinntem Eisen (Weißblech) und verzinktem Eisen
Eloxieren von Aluminium
VI. Exotherme und endotherme Reaktionen
Reaktionen sind dann exotherm, wenn durch sie Energie z. B. in Form von Wärme
abgegeben wird. So ist der Verbrennungsvorgang (die Oxidationsreaktion) einer Kerze exotherm.
Im Gegensatz dazu bezeichnet man Reaktionen, denen ständig Energie zugeführt werden
muss, als endotherme Reaktionen. Dennoch muss allen Reaktionen eine gewisse Energie
zugeführt werden, um sie zu starten. Dieser Energiebetrag wird als
Aktivierungsenergie bezeichnet. So muss die Kerze zunächst auch mit
einem brennenden Streichholz entzündet werden.
Versuche:
Reaktion von Säuren mit unedlen Metallen
Herstellen von Schwefeldioxid mit verschiedenen Mitteln
Vom Kalk zum Branntkalk und Löschkalk
Thermische Zersetzung von Fetten
VII. Gesetz von den konstanten Massenverhältnissen
Wenn Stoffe miteinander reagieren, tun sie dies immer in einem bestimmten
Massenverhältnis zueinander. Dabei spielt es keine Rolle, ob ein Ausgangsstoff im
Überschuss vorliegt. Dieses konstante Massenverhältnis spiegelt sich im
Verhältnis der Atome einer Verbindung wieder.
Versuch:
Identifizieren von Camping-Gas durch quantitative Verbrennung
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