Chemie begreifen, Schulbuch

Für besonders Interessierte Das Wichtigste H2 96 Die Reaktionsgleichung beschreibt in der Alltagswelt, welche Stoffe verschwinden und entstehen, und in der Nanoworld, welche Stoffteilchen zerstört werden und sich neu bilden. Die Formeln der Edukte (Ausgangsstoffe) stehen links vom Reaktionspfeil, die der Produkte (Endstoffe) rechts davon. Das Gesetz der Massenerhaltung hat zur Folge, dass in jeder Reaktionsgleichung die Atomsymbole »erhalten« bleiben. Dementsprechend muss vor jeder Formel der passende stöchiometrische Koeffizient stehen (ausgenommen 1). Er gibt an, wie viele Moleküle, Atome oder Formeleinheiten bei einem »Minimalumsatz« in der Nanoworld reagieren. Sonnenfinsternis mit Protuberanzen Antoine Laurent Lavoisier (1743–1794) Das Gesetz der Massenerhaltung wurde von Antoine Laurent de Lavoisier (1743–1794) entdeckt. Er gilt als der Begründer der modernen Chemie, weil er als erster zur Untersuchung von Reaktionen die Waage benützte. Seine Massenbestimmungen zeigten, dass Verbrennungs- produkte schwerer sind als die entsprechenden Ausgangsstoffe (siehe Seite 17). Diese Ergebnisse falsifizierten die damals allgemein anerkannte Phlogistontheorie, die jeden Verbrennungsvorgang als das Entweichen von »Feuerstoff« (Phlogiston) erklärte. Lavoisier entwickelte eine völlig neue Theorie: Beim Verbrennen von Eisenpulver entweicht kein Phlogiston, sondern ein Teil der Luft (Sauerstoff) verbindet sich mit dem Eisen. Deshalb ist die »Asche« (Eisen(III)-oxid) schwerer geworden. Bedauerlicherweise wurde Lavoisier in den Wirren der Französischen Revolution zum Tode verurteilt. Es wurde ihm jedoch gestattet, vor seiner Hinrichtung die wissenschaftlichen Experimente zu Ende zu führen. Bei allen chemischen Reaktionen verhalten sich die Atome als kleinste, unteilbare und konstante Einheiten; nur die Elektronenhülle wird leicht verändert. Als Folge davon können das Gesetz der Massenerhaltung und das Gesetz der konstanten Proportionen beobachtet werden. Die bei chemischen Reaktionen umgesetzten Energiemengen sind – verglichen mit der Spaltung oder Fusion von Atomkernen – sehr gering. Bei Veränderungen der Atomkerne hingegen werden so extreme Energiemengen frei, dass sich Abweichungen vom Gesetz der Massenerhaltung beobachten lassen. Ursache dafür ist der von Albert Einstein (1879–1955) entdeckte Zusammenhang zwischen Energie und Masse: E = m . c 2 (E = Energie, m = Masse, c = Lichtgeschwindigkeit). Damit lässt sich zB berechnen, dass die Sonne pro Sekunde ca. 4 000 000 Tonnen an Masse verliert, die als Energie in das Weltall abgestrahlt wird. Die Energieumsätze bei chemischen Reaktionen im Labor lassen Massenänderungen von ca. 10 –8 g erwarten. Diese Größenordnung liegt jedoch heutzutage für die besten Waagen weit außerhalb des messbaren Bereichs. Die Atome bleiben erhalten und kombinieren sich zu neuen Stoffteilchen. Bei jeder chemischen Reaktion bleibt die Gesamtmasse erhalten. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv