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Gesetz von der Erhaltung der Masse

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Die Autor*innen
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André Otto
Gesetz von der Erhaltung der Masse
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse

Beschreibung zum Video Gesetz von der Erhaltung der Masse

Verbrennungsreaktionen erwecken den Anschein, dass sich Stoffe „in Luft auflösen“ und Massen verschwinden. Doch tatsächlich gilt bei jeder chemischen Reaktionen das Gesetz von der Erhaltung der Massen – kurz der Massenerhaltungssatz. Wer diese Gesetzmäßigkeit entdeckt hat und wo du den Massenerhaltungssatz überall anwenden kannst, verrät dir das Video. Du bist dir unsicher, ob du wirklich alles verstanden hast? Dann teste dein Wissen gleich mit unseren Übungsaufgaben.

Grundlagen zum Thema Gesetz von der Erhaltung der Masse

Gesetz von der Erhaltung der Masse – Chemie

Eines der fundamentalen Gesetze bei chemischen Reaktionen ist das Gesetz von der Erhaltung der Masse, welches auch unter den Namen Massenerhaltungssatz oder Massenerhaltungsgesetz bekannt ist. Das Schöne an diesem Gesetz mit den vielen Namen ist, dass es überhaupt nicht kompliziert ist. Anhand einiger Beispiele wird dir nun das Massenerhaltungsgesetz einfach erklärt.

Ein einfacher Versuch zur Erhaltung der Masse in Chemie

Ob du nun Geburtstag feierst oder Weihnachten naht, es gibt immer eine Gelegenheit, eine Kerze anzuzünden. Wenn du eine kleine Kerze mit einer Masse von etwa 300 Gramm anzündest, dann wird die Kerze nach einiger Zeit abgebrannt sein. Das kennst du natürlich, doch dabei stellt sich auch eine Frage: Was ist mit der Kerzenmasse passiert? Wo sind die 300 Gramm Masse geblieben?
Bevor diese Frage beantwortet wird, werfen wir einen Blick in die Geschichte der Chemie.

Entdeckung des Gesetzes von der Erhaltung der Masse

Die Wissenschaft Chemie hat ihren Ursprung in der schon seit vielen Jahrhunderten betriebenen Alchemie. Die Alchemisten wollten aus unedlen Metallen wie Blei das edle Metall Gold herstellen und den Stein der Weisen finden, der angeblich Wunderkräfte enthielt. Sie arbeiteten aus heutiger Sicht zwar nicht wissenschaftlich, erzielten aber einige schöne Ergebnisse wie die Entdeckung des Phosphors. Die Frage nach der Masse bei chemischen Reaktionen interessierte die Alchemisten nicht wirklich.

Im 18. Jahrhundert entwickelte sich aus der Alchemie die Naturwissenschaft Chemie. Man unternahm einige Verbrennungsversuche und die gemachten Beobachtungen warfen Fragen auf: So schien der Schwefel nach seinem Verbrennen einfach zu verschwinden, ebenso verhielt es sich mit der Kohle. Nach dem Verbrennen war sie weg. Etwas ganz anderes beobachtete man bei der Verbrennung von Phosphor: Nach seiner Verbrennung blieb sogar mehr Masse übrig! Die Forscher konnten sich dies alles zunächst nicht erklären.

Die Lösung des Problems lieferten zwei berühmte Wissenschaftler: Der russische Chemiker und Dichter Michail Lomonossow zog 1748 aus Beobachtungen und Überlegungen den Schluss, dass bei chemischen Reaktionen die Masse der Ausgangsstoffe gleich der Masse der Reaktionsprodukte ist. Den experimentellen Beweis dafür lieferte 1789 der berühmte französische Chemiker Antoine Lavoisier.
Lavoisier verbrannte einen Diamanten in einem mit Sauerstoff gefüllten Kolben. Der Diamant verschwand und Lavoisier erhielt ein farbloses Reaktionsprodukt. Bei erster Betrachtung schien der Kolben nun leer zu sein. Doch der Forscher wog beide Kolben auf der Waage und stellte fest, dass sich das Gewicht überhaupt nicht geändert hatte! Daraus folgerte Lavoisier: Bei einer chemischen Reaktion bleibt die Gesamtmasse der beteiligten Stoffe immer gleich.

Ein Schulversuch zum Gesetz der Erhaltung der Masse
Wenn du folgenden Versuch noch nicht im Chemieunterricht gemacht hast, dann schlage ihn selbst vor. Man legt einige unverbrannte Streichhölzer in ein Reagenzglas und verschließt dieses mit einem Luftballon. Jetzt wiegst du das Reagenzglas und notierst den Wert für die Masse in Gramm. Das Reagenzglas wird so nun schräg in ein Stativ gespannt und mit dem Bunsenbrenner erhitzt (Schutzbrille aufsetzen!). Irgendwann entzünden sich die Streichhölzer und brennen ab, der Luftballon wird dabei etwas aufgebläht. Nach dem Abkühlen wird das Reagenzglas wieder gewogen. Du wirst feststellen, dass sich die Masse nicht geändert hat.

Massenerhaltungsgesetz – Definition

Das Gesetz von der Erhaltung der Masse bzw. der Massenerhaltungssatz besagt, dass bei allen chemischen Reaktionen die gesamte Masse $m$ der Ausgangsstoffe immer gleich der gesamten Masse $m$ der Reaktionsprodukte ist. Als Formel für den Massenerhaltungssatz kann man schreiben:

$\ce{m (Ausgangsstoffe) = m (Produkte)}$

Beispiele zu dem Gesetz von der Erhaltung der Masse

Erklärung der historischen Versuche zur Verbrennung von Schwefel, Kohle und Phosphor

  • Bei der Verbrennung von Schwefel ($\ce{S}$) mit Sauerstoff ($\ce{O2}$) entsteht Schwefeldioxid ($\ce{SO2}$). Die Wortgleichung dieser Reaktion ist:
    $\ce{Schwefel + Sauerstoff \longrightarrow Schwefeldioxid}$
    In Formelschreibweise lautet die Reaktionsgleichung:
    $\ce{S + O2 -> SO2}$
    Die Massen bleiben erhalten, also gilt:
    $\ce{m (S) + m (O2) = m (SO2)}$

  • Bei der Verbrennung von Kohle bzw. Kohlenstoff ($\ce{C}$) mit Sauerstoff entsteht Kohlenstoffdioxid ($\ce{CO2}$). Die Wortgleichung dieser Reaktion ist:
    $\ce{Kohlenstoff + Sauerstoff \longrightarrow Kohlenstoffdioxid}$
    In der Formelschreibweise lautet die Reaktionsgleichung:
    $\ce{C + O2 -> CO2}$
    Die Massen bleiben erhalten, also gilt:
    $\ce{m (C) + m (O2) = m (CO2)}$

  • Bei der Verbrennung von Phosphor ($\ce{P}$) mit Sauerstoff entsteht Phosphorpentoxid ($\ce{P2O5}$). Die Wortgleichung dieser Reaktion ist:
    $\ce{Phosphor + Sauerstoff \longrightarrow Phosphorpentoxid}$
    In Formelschreibweise lautet die Reaktionsgleichung:
    $\ce{4 P + 5 O2 -> 2 P2O5}$
    Die Massen bleiben erhalten, also gilt:
    $\ce{m (4 P) + m (5 O2) = m (2 P2O5)}$

  • Und der eingangs beschriebene Versuch mit der Kerze? Genau: Das Wachs der Kerze verbrennt zu Kohlenstoffdioxid ($\ce{CO2}$) und Wasser ($\ce{H2O}$). Dabei entspricht die verbrannte Masse der Kerze genau der entstandenen Masse an Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf, nur dass du die entstandenen Gase nicht mehr siehst!
    $\ce{m (Kerze) = m (CO2) + m (H2O)}$

Massenerhaltungssatz Beispiel Kerze

Anwendung des Massenerhaltungsgesetzes

Das Gesetz von der Erhaltung der Masse benötigt man immer, wenn man wissen will, wie viel von einem Stoff bei einer chemischen Reaktion verbraucht oder gebildet wird.

Anwendungsbeispiele

  • Ein Beispiel ist Benzin im Verbrennungsmotor. Die Masse von Benzin und Sauerstoff zusammen ist genauso groß wie die Masse von Kohlenstoffdioxid und Wasser.
  • Gleiches gilt bei der Verbrennung von Erdgas. Die Masse von Erdgas und Sauerstoff ist genauso groß wie die Masse von Kohlenstoffdioxid und Wasser.
  • Bei der Eisengewinnung aus Eisenerz gilt: Die Masse von Eisenerz und Kohlenstoff ist genauso groß wie die Masse von Eisen und Kohlenstoffdioxid.

Ihr könnt euch nun sicher vorstellen, dass das Gesetz von der Erhaltung der Masse auf jedem Gebiet der Chemie wirkt.

Hinweise zum Video

Das Video erklärt dir, was das Gesetz von der Erhaltung der Masse bedeutet. Du benötigst dafür keine besonderen Vorkenntnisse.

Übungen und Arbeitsblätter

Du findest hier auch Übungen und Arbeitsblätter. Beginne mit den Übungen, um gleich dein neues Wissen über das Gesetz von der Erhaltung der Masse zu testen.

Transkript Gesetz von der Erhaltung der Masse

Guten Tag und herzlich Willkommen!

In diesem Video geht es um das Gesetz von der Erhaltung der Masse, Jahrgangsstufen 7 und 8. Das Video gehört zur Reihe chemische Reaktionen. Als Vorkenntnisse solltet ihr naturwissenschaftliche Grundkenntnisse mitbringen und eine erste Bekanntschaft mit der Chemie geschlossen haben. Ziel des Videos ist es, den Inhalt und die Bedeutung des Gesetzes zu erläutern. Der Film ist in sieben Abschnitte unterteilt: 1. Ein einfacher Versuch 2. Die Experimente der Alchimisten 3. Versuche im 18. Jahrhundert 4. Lomonosov und Lavoisier 5. Das Gestz von der Erhaltung der Masse im Schulversuch 6. Wir erklären die Verbrennungen und 7. Wo spielt das Gesetz eine Rolle?

Ein einfacher Versuch Wir befinden uns in der Vorweihnachtszeit und da kommt es mir gerade recht, diesen kleinen Versuch zu zeigen. Ich zünde ganz einfach eine Kerze an, das kennt ihr alle. Die Kerze brennt langsam ab. Es dauert zu lange um das hier zu zeigen, aber ihr wisst was am Ende geschieht: Von der brennenden Kerze bleibt nichts mehr zurück. Als Beobachter müssen wir uns nun fragen: Geht die Masse der Kerze verloren? Und wenn nicht, wo bleibt dann diese Masse?

  1. Die Experimente der Alchimisten Die Werksatt eines Alchimisten wie sie vor einigen hundert Jahren existierte, stellen wir uns heute in etwa so vor: Vom heutigen Standpunkt möchte man diese Arbeit gerne als "fröhliches Herumprobieren" bezeichnen. Eines der Ziele der Alchimisten war aus unedlen Metallen wie Blei Gold herzustellen. Ein zweites Ziel bestand darin, den Stein der Weisen zu finden, der angeblich Wunderkräfte enthalte. Obwohl die Arbeit der Alchimisten nach unseren heutigen Vorstellungen unwissenschaftlich war, erzielten sie jedoch einige schöne Ergebnisse. So wurde zum Beispiel Phosphor entdeckt. Und auch die Herstellung des Porzellans ist das Ergebis der Arbeit eines Alchemisten. Haben sich die Alchemisten mit dem Masseverlust, wie zum Beispiel beim Kerze abbrennen auseinandergesetzt? Für die meisten Alchimisten stellte sich diese Frage gar nicht.

  2. Versuche im 18. Jahrhundert Es gab schon einige im 18. Jahrhundert bekannte Verbrennungsreaktionen, die den Forschern seltsam erschienen. Beim Verbrennen von Schwefel verschwindet dieser Schwefel. Wird Kohle verbrannt, scheint auch Kohle zu "verschwinden". Verbennt man hingegen Phosphor, so erscheint es als ob  zum Phosphor noch etwas hinzukommt, er wird mehr. Die Forscher konnten siich dies alles zunächst nicht erklären. Zu ihrer Verteidigung muss man sagen, dass Mitte 18. Jahrhundert das Element Sauerstoff überhaupt noch nicht bekannt war. Die Lösung des Problems lieferten zwei berühmte Wissenschaftler.

  3. Lomonosov und Lavoisir Der russische Chemiker Lomonosov konnte Mitte des 18. Jahrhunderts aus Beobachtungen und Überlegungen schlussfolgern: Bei chemischen Reaktionen ist die Masse der reagierenden Stoffe gleich der Masse der Reaktionsprodukte. Diese Entdeckung gelang Lomonosov Mitte des 18. Jahrhunderts. Der französische Naturwissenschaftler Lavoisir führte 1789 einen berühmten Versuch vor: Zu diesem Zeitpunkt war das chemische Element Sauerstoff schon bekannt! Worin bestand dieses Experiment? Lavoisir gab in einen Kolben einen reinen Diamanten. Zusätzlich wurde der Kolben mit reinem Sauertsoff gefüllt. Dann führte Lavoisir die Verbrennung des Diamanten im reinen Sauerstoff durch. Der Diamant verschwand und Lavoisir erhielt das farblose Reaktionsprodukt. Wir wissen nicht wieviel der Kolben am Anfang und am Ende wog. Nehmen wir einmal an, Lavoisir hat 432 Gramm am Anfang gewogen, dann erhielt er für das Reaktionsprodukt mit Kolben zusammen auch 432 g. Lavoisir schlussfolgerte: Bei einer chemischen Reaktion bleibt die Gesamtmasse der beteiligten Stoffe gleich. Bevor wir es formulieren, möchten wir noch

  4. Das Gestz von der Erhaltung der Masse im Schulversuch anschauen. Auf einer Waage befinden sich auf der einen Seite Wägestücke. Auf der anderen Seite wurde eine Ampulle mit Streichhölzern aufgehängt. Die Waage befindet sich im Gleichgewicht. Mit einem Laborbrenner wird die Ampulle erhitzt und die Streichhölzer verbrennen. Nach dem Verbrennen und Abkühlen befindet sich die Waage immer noch im Gleichgewicht. Wenn die Ampulle mit Inhalt vor dem Verbrennen 27,4 g wog, so hat sie nach dem Verbrennen die gleiche Masse: 27,4 g. Und nun können wir endlich das Gesetz von der Erhaltung der Masse formulieren: Habt ihr eine Idee? Mein Vorschlag: Bei allen chemischen Reaktionen, ist die gesamte Masse der Ausgangsstoffe gleich der gesamten Masse der Reaktionsprodukte.

  5. Wir erklären die Verbrennungen Mit dem Wissen von heute können wir schreiben: Bei der Verbrennung von Schwefel findet eine Reaktion mit Sauerstoff, einem farblosen Gas statt. Es entsteht Schwefeldioxid, ein farbloses, stechend riechendes Gas. In Formelschreibwiese: S+O2 -> SO2 Die Massen links und recht des Reaktionpfeiles sind gleich. Die Masse von Schwefel und Sauerstoff zusammen ist genauso groß wie die von Schwefeldioxod. Wenn Kohlenstoff mit Sauerstoff reagiert, bildet sich Kohlenstoffdioxid, ein farbloses und geruchloses Gas. In Formelschreibweise: C+O2-> CO2 Es besteht wieder Massengleichheit. Die Masse von Kohlenstoff und Sauerstoff ergibt zusammen die Masse des Kohlenstoffdioxids. Phosphor reagiert mit Sauerstoff zu Phosphorpentoxid. Das ist ein weißer Feststoff. Die Massen von Phosphor und Sauerstoff sind zusammen genauso groß wie die Masse des Phosphotpentoxids. 

  6. Wo spielt das Gesetz eine Rolle?  Das Gesetz von der Erhaltung der Masse benötigt man immer, wenn man wissen will wie viel von einem Stoff bei einer chemischen Reaktion verbraucht oder gebildet wird. Ein Beispiel ist Benzin im Verbrennungsmotor. Die Masse von Benzin und Sauerstoff zusammen ist genauso groß wie die Masse von Kohlenstoffdioxid und Wasser.  Überlegen wir die Verbrennung von Erdgas. Die Masse von Erdgas und Sauerstoff ist genau so groß wie die Masse von Kohlenstffdioxid und Wasser. Oder die Eisengewinnung aus Eisenerz. Die Masse von Eisenerz und Kohlenstoff ist genauso groß wie die Masse von Eisen und Kohlenstoffdioxid. Oder Zucker als Nährstoff im Menschen: Die Masse von Zucker und Sauerstoff ist genauso groß wie die Masse von  Kohlenstoffdioxid und Wasser.

Ihr könnt euch nun sicher vorstellen, dass die gesamte Chemieindustrie das Gesetz von der Erhaltung der Masse benötigt. Ich danke für eure Aufmerksamkeit. Alles Gute. Bis dann. Auf wiedersehen!

12 Kommentare
12 Kommentare
  1. @Samih, ich bin deiner Meinung, ich würde auch eher "Alchemie" und "Alchemisten" schreiben. Aber tatsächlich sind die Schreibweisen mit "i" ebenfalls möglich. Historisch leiten sich die Begriffe vom arabisch-griechischen "alkimia" ab – die Abwandlungen "Alchemie", "Alchimie" und "Alchymie" sind allesamt gleichermaßen richtig.

    Von Lukas Schwarz, vor 5 Monaten
  2. Ihr habt Alchemisten falsch geschrieben man schreibt Alchemisten und nicht Alchimisten

    Von samih, vor 5 Monaten
  3. Vielen dank

    Von Cor Cabrera, vor mehr als 3 Jahren
  4. Am anfang nicht so gründlich erklärt aber nach dem zweiten ansehen gut verstanden

    Von Ighost, vor mehr als 5 Jahren
  5. Sehr gut erklärt. Vielen Dank

    Von Noura 26, vor mehr als 6 Jahren
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Gesetz von der Erhaltung der Masse Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Gesetz von der Erhaltung der Masse kannst du es wiederholen und üben.
  • Beschreibe den Weg, der zur Entdeckung des Gesetzes zur Erhaltung der Masse führte.

    Tipps

    Zu welcher Zeit gab es Alchimisten?

    Lösung

    Schon in der Antike gab es die sogenannten Alchimisten. Ihre Arbeit war eher mystisch und hatte mit Wissenschaft noch recht wenig zu tun. Aber ohne die Alchimisten, als Wegbereiter der modernen Chemie, wären wir heute nicht so weit.

    Verbrennungen von Stoffen wurden schon früh genutzt, um Energie zu gewinnen oder neue Stoffe herzustellen. Was genau dabei passiert, stand lange Zeit nicht im Fokus der Menschen.

    Erst kluge Köpfe wie Lomonosov und Lavoisier erkannten Gesetzmäßigkeiten in den Reaktionen und hielten diese fest.

  • Definiere das Gesetz von der Erhaltung der Masse.

    Tipps

    Die Ausgangsstoffe werden auch Edukte genannt.

    Lösung

    Dieses Gesetz solltest du dir gut merken. Es wird auch Massenerhaltungsgesetz genannt.

    Bei einer chemischen Reaktion geht also niemals Masse verloren oder kommt dazu. Die Masse der Edukte wandelt sich lediglich in die Masse der Produkte um.

    Dieses Gesetz gilt für alle chemischen Reaktionen, also auch für alle Reaktionsgleichungen.

  • Berechne die Masse der Edukte bei der Herstellung von Schwefelsäure.

    Tipps

    In welchem Verhältnis reagieren $SO_3$ und $H_2O$ miteinander?

    Denke an die Einheit der Masse.

    Lösung

    $SO_3$ und $H_2O$ reagieren im Verhältnis 1:1 miteinander. Das kannst du der Reaktionsgleichung entnehmen. Da sie ein Massenverhältnis von 4:1 haben, besteht also die Masse der Schwefelsäure zu vier Teilen aus $SO_3$ und zu einem Teil aus $H_2O$.

    Ausrechnen kannst du die Massen dann wie folgt: Die 150 kg teilst du durch 5. Dadurch weißt du, welche Masse „ein Teil“ der Schwefelsäure hat. Somit hast du auch schon die Masse an Wasser (30 kg) ausgerechnet. Um nun die Masse an Schwefeltrioxid zu bestimmen, multiplizierst du die Masse eines Teils mit 4.

    Man benötigt also 120 kg Schwefeltrioxid und 30 kg Wasser, um 150 kg Schwefelsäure herzustellen.

  • Erkläre, was bei der Verbrennung von Magnesium geschieht.

    Tipps

    Auch bei dieser Reaktion gilt der Massenerhaltungssatz.

    Womit kann das Magnesium reagieren, wenn es an der Luft verbrannt wird?

    Lösung

    Im Chemieunterricht hast du bestimmt schon einmal gesehen, wie Magnesium brennt. Die Flamme ist so hell, dass deine Augen dadurch geschädigt werden können. Deswegen ist es sehr wichtig, dass du nicht direkt hineinschaust. Such dir einfach einen Punkt etwas daneben und richte deinen Blick darauf. So kannst du die Flamme aus dem Augenwinkel beobachten und brauchst keine Angst um dein Augenlicht zu haben.

    Wenn die helle Flamme erlischt, bleibt ein weißes Pulver zurück, das Magnesiumoxid $MgO$. Es hat also eine Reaktion mit Sauerstoff stattgefunden. Damit kann auch der scheinbare Massenzuwachs erklärt werden. Würde man die Reaktion in einem abgeschlossenen Gefäß auf einer Waage durchführen, würde man sehen, dass keine Masse dazu kam oder verschwunden ist.

  • Bestimme die im 18. Jahrhundert bereits bekannten Verbrennungen.

    Tipps

    Mit welchen Stoffen wurde schon zu dieser Zeit viel gearbeitet?

    Konnte man im 18. Jh. schon elementares Magnesium herstellen?

    Lösung

    Kohle wurde schon sehr früh als Energielieferant genutzt. Dafür wurde sie verbrannt und die entstehende Wärme konnte zum Beispiel zur Gewinnung von Eisen benutzt werden.

    Schwefel und Phosphor waren durch die Alchimie bekannt, die viele Versuche mit diesen beiden Elementen kannte.

    Erdöl wurde erst ab Mitte des 19. Jh. gezielt gefördert und zur Energiegewinnung genutzt. Magnesium wurde Anfang des 19. Jh. zum ersten Mal in Reinform gewonnen. Es konnte also früher keine Erkenntnisse über die Verbrennung dieses Metalls geben.

  • Formuliere die Reaktionsgleichungen für folgende Verbrennungen.

    Tipps

    Bei allen Reaktionsgleichungen gilt der Massenerhaltungssatz.

    Also müssen auf der Seite der Edukte genauso viele Atome vorhanden sein wie auf der Produktseite.

    Lösung

    Verbrennungen haben gemeinsam, dass Sauerstoff als Reaktionspartner daran teil nimmt. Es bilden sich Oxide.

    Es gilt, wie bei allen chemischen Reaktionen, der Massenerhaltungssatz. Auf der Seite der Edukte sind also genauso viele Atome vorhanden wie auf der Seite der Produkte. Bei komplexeren Reaktionen musst du somit die einzelnen Atome zählen, um so die Reaktion ausgleichen zu können.

    Bei $C_{15}H_{32}$ handelt es sich um Paraffin. Es ist der Hauptbestandteil von Kerzenwachs und ein Kohlenwasserstoff. Werden Kohlenwasserstoffe vollständig verbrannt, d.h. ist ausreichend Sauerstoff vorhanden, reagieren sie immer zu Kohlenstoffdioxid $CO_2$ und Wasser $H_2O$.