EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

RGL: Richtigstellen und Interpretieren KM-5: Substanz und Energie 69 69 Interpretation einer Reaktionsgleichung Eine Reaktionsgleichung kann auf verschiedene Arten interpretiert werden: 1 Teilchenverhältnis: Zunächst gibt die Reaktionsgleichung an, wie viele ein- zelne Moleküle miteinander reagieren. 2 Molverhältnis: Da sicher nicht nur ein oder zwei Moleküle, sondern sehr viele auf gleiche Weise miteinander reagieren, können die Faktoren auch für die Anzahl der Mole des jeweiligen Stoffes stehen. 3 Massenverhältnis: Aus der Anzahl der Mole und den Molmassen lässt sich auch ein Massenverhältnis errechnen. Wie das folgende Beispiel zeigt, kann sich das Massenverhältnis mitunter sehr deutlich vom Molverhältnis unter- scheiden. Beispiel 3 H 2 + N 2 → 2 NH 3 Teilchenverhältnis: Drei Moleküle Wasserstoff und ein Molekül Stickstoff erge- ben zwei Moleküle Ammoniak. Molverhältnis: Drei Mol Wasserstoff und ein Mol Stickstoff ergeben zwei Mol Ammoniak. Massenverhältnis: 6 g Wasserstoff und 28 g Stickstoff ergeben 34 g Ammoniak. Ergänzende Angaben bei Reaktionsgleichungen Manchmal werden bei Reaktionsgleichungen auch die Aggregatzustände oder der in Wasser gelöste Zustand der einzelnen Stoffe angegeben. Über oder unter den Reaktionspfeil können auch die Reaktionsbedingungen geschrieben wer- den (Druck, Temperatur, Katalysator). Erhöhte Temperatur wird dabei häufig mit ∆ oder T+ bezeichnet, ein Katalysator in eckigen Klammern geschrieben (Abb. 69–1). Stoffe im Überschuss – limitierende Stoffe Liegt ein Edukt im Überschuss vor, so geht das nicht in die Reaktionsgleichung ein. So verbraucht man zB bei der Verbrennung von einem Stück Magnesium- band im Chemiesaal eine gewisse Menge Sauerstoff, im Saal ist aber ungleich mehr vorhanden! In die Reaktionsgleichung geht der Sauerstoffüberschuss nicht ein, man schreibt nur die Sauerstoffmoleküle an, die für die Reaktion notwendig sind. 2 Mg + O 2 → 2 MgO Magnesium ist in dieser Reaktion der Stoff, der die Reaktion limitiert. Wie viel Magnesiumoxid entstehen kann, hängt daher nur von der Menge an eingesetz- tem Magnesium ab. Das Reaktionsgemisch In vielen Fällen laufen Reaktionen in einem Gefäß zB einem Becherglas ab. Man muss sich bewusst sein, dass bei Reaktionen trotz der „räumlichen“ Trennung durch den Reaktionspfeil alle Stoffe – Edukte und Produkte – im Reaktionsge- misch vorhanden sind. Nicht alle Stoffe reagieren vollständig. Essigsäure zB reagiert mit Wasser im Überschuss zu Acetat-Ionen und Oxonium-Ionen. CH 3 COOH + H 2 O → CH 3 COO – + H 3 O + Da diese Reaktion nicht vollständig ist, liegen auch nach der Reaktion noch Es- sigsäuremoleküle (und natürlich auch Wasser) im Reaktionsgemisch vor. Auch bei der technisch wichtigen Ammoniaksynthese (NH 3 ) aus N 2 mit H 2 liegt am Ende der Reaktion ein Gasgemisch aller drei Stoffe vor (Abb. 69–2). 3 H 2 + N 2 → 2 NH 3 Will man ein Produkt rein erhalten, so schließen nach der chemischen Reaktion noch – meist physikalische – Trenn- und Reinigungsverfahren an. Wie vollständig eine Reaktion abläuft, ist aus der Reaktionsgleichung nicht er- sichtlich. Die tatsächliche Produktmenge nennt man Ausbeute der Reaktion. Ergänzende Angaben bei der Reaktionsgleichung fest (solid) ⇒ (s) flüssig (liquid) ⇒ (l) gasförmig (gaseous) ⇒ (g) in Wasser gelöst ⇒ (aq) erhitzen ⇒ T+ oder ∆ Katalysator ⇒ [Kat] Beispiele 3 H 2 (g) + N 2 (g) 2 NH 3 (g) CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) 300 bar – 500 °C ∆ [Fe] Abb. 069–1: Ergänzende Angaben zum Reak- tionsablauf können auch beim Re- aktionspfeil angeschrieben werden. Chemische Reaktion Physikalische Trennung Abb. 069–2: Reaktion und Abtrennung des Produktes Schüler-Experiment 3.2 3 gewinnt – Das Spiel mit Reaktions- gleichungen Nur zu Prüfzwecken – Eige tum des Verlags öbv