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Fotosynthese – erstellen und ausgleichen der Reaktionsgleichung 06:54 min

Textversion des Videos

Transkript Fotosynthese – erstellen und ausgleichen der Reaktionsgleichung

Hallo. Wie du sicher weißt, müssen Pflanzen keine Nahrung aufnehmen wie Tiere. Sie ernähren sich stattdessen von Wasser und Kohlenstoffdioxid aus der Luft und wandeln diese beiden Moleküle mittels Licht in Glucose und Sauerstoff um. Diesen Prozess kennst du als Fotosynthese. Aber hast du dich auch schon mal gefragt, wie viele Moleküle Wasser eine Pflanze braucht, um ein Molekül Sauerstoff zu bilden? Oder wie viele Moleküle Kohlenstoffdioxid für die Herstellung von einem Molekül Glucose gebraucht werden? Schau dir einfach dieses Video an. Hier erfährst du es ganz genau. Die Fotosynthese läuft in den Chloroplasten von grünen Pflanzen ab. Dort werden aus Wasser und Kohlenstoffdioxid Sauerstoff und Glucose gebildet. Dafür wird Licht gebraucht, das heißt, dass im Dunkeln keine Fotosynthese stattfindet. Also kurz gesagt: H2O + CO2 wird zu C6H12O6 + O2 + H2O. Aber schon auf den ersten Blick siehst du, dass die Bilanz der einzelnen Atome auf beiden Seiten des Reaktionspfeils nicht ausgeglichen ist. Dazu zählen wir, wie viele Wasserstoffatome, Kohlenstoffatome und Sauerstoffatome wir insgesamt in der linken Seite der Gleichung haben. Dasselbe tun wir mit der rechten Seite und vergleichen dann die Ergebnisse. Links hast du zwei Wasserstoffe, einen Kohlenstoff und drei Sauerstoffe. Rechts jedoch haben wir insgesamt 14 Wasserstoffe, sechs Kohlenstoffe und neun Sauerstoffe. Du siehst, die linke und rechte Seite passen nicht zusammen. Aus zwei Wasserstoffen zum Beispiel können wir nicht 14 Wasserstoffe bekommen. Damit am Ende auf beiden Seiten das Gleiche steht, müssen wir die Reaktion ausgleichen. Du wirst sehen, das ist gar nicht so schwer. Da wir auf der rechten Seite Glucose C6H12O6 mit sechs Kohlenstoffatomen haben, müssen wir sechs Moleküle Kohlenstoffdioxid, kurz CO2, in die Reaktion hineingeben. Somit ist CO2 der Kohlenstofflieferant für die Glucose. Jedoch hat das CO2 auch noch Sauerstoff enthalten. Diese Sauerstoffatome dienen dann als Sauerstofflieferant für das entstehende Wasser, nicht für die Glucose. Folglich haben wir auch sechs Wassermoleküle auf der rechten Seite. Damit haben wir schon geklärt, wo die Atome des Kohlenstoffdioxid bleiben, nämlich in der Glucose und im entstehenden Wasser: 6 CO2 wird zu C6H12O6 + 6H2O. Du siehst aber, dass die Wasserstoffatome noch nicht ausgeglichen sind. Das machen wir jetzt. Insgesamt findest du nun auf der rechten Seite der Gleichung 24 Wasserstoffatome: zwölf in der Glucose und zwölf im entstehenden Wasser. Die Wasserstoffe erhältst du aus Wassermolekülen. Und da wir 24 Wasserstoffatome brauchen und ein Wassermolekül bereits zwei Wasserstoffatome enthält, brauchen wir nur zwölf Moleküle Wasser: 12 H2O + 6 CO2 wird zu C6H12O6 + 6 H2O. Die zwölf Sauerstoffatome aus dem Wasser werden dann als sechs Sauerstoffmoleküle, O2, freigesetzt. Und damit kannst du dir auch leicht merken, dass der bei der Fotosynthese entstehende Sauerstoff aus dem Wasser stammt und nicht etwa aus dem Kohlenstoffdioxid. Die Reaktion ist damit ausgeglichen: 12 H2O + 6 CO2 wird zu C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O. Fällt dir noch etwas auf, wenn du dir die Reaktionsgleichung der Fotosynthese anschaust? Die Moleküle Wasser und Kohlenstoffdioxid, die in die Reaktion hineingehen, sind nämlich, wie zum Beispiel auch Mineralien, einfache anorganische Verbindungen. Die Glucose, die aus der Reaktion herauskommt, ist dagegen eine organische Verbindung. Organische Verbindungen sind Verbindungen, die Kohlenstoff, Kohlenstoffverbindungen und Wasserstoff enthalten. Durch die Fotosynthese werden also anorganische Verbindungen in das organische Molekül Glucose umgewandelt. Glucose kann dann in viele andere organische Verbindungen innerhalb der Pflanze umgewandelt werden, zum Beispiel Fette und Eiweiße. Jetzt weißt du nicht nur, dass die Fotosynthese in grünen Pflanzen abläuft und dass dafür Licht notwendig ist. Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid werden zu Glucose, Sauerstoff und Wasser umgewandelt. Damit leben Pflanzen rein von anorganischen Stoffen, die sie dann in der Fotosynthese in organische Verbindungen wie Glucose umwandeln. Du hast in diesem Video auch gesehen, wie die Reaktionsgleichung der Fotosynthese aussieht und wie du sie dir ganz leicht selbst herleiten kannst. Tschüss und bis zum nächsten Mal.

1 Kommentar
  1. Gut! Auch mal mit mehr Aufgaben :D

    Von Bitrispott, vor mehr als 4 Jahren

Fotosynthese – erstellen und ausgleichen der Reaktionsgleichung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Fotosynthese – erstellen und ausgleichen der Reaktionsgleichung kannst du es wiederholen und üben.

  • Ordne den Begriffen die passenden Summenformeln oder Elementsymbole zu.

    Tipps

    Glucose besteht aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff.

    Das Elementsymbol für Kohlenstoff ist „C“. Für Wasserstoff lautet es „H“ und für Sauerstoff „O“.

    Glucose besitzt sechs Kohlenstoffatome.

    Wasser besteht aus Wasserstoff und Sauerstoff.

    Lösung

    Bei der Fotosynthese reagieren Wasser und Kohlenstoffdioxid zu Glucose, Sauerstoff und Wasser. Eine solche Formulierung bezeichnet man als Wortgleichung. Um genauere Angaben über die in den Stoffen enthaltenen Elemente zu machen, kann man die Summenformel angeben. Für die Fotosynthesegleichung lautet sie:

    $H_2O + CO_2 \longrightarrow C_6H_{12}O_6 + CO_2 + H_2O$.

    Hier siehst du noch einmal die passenden Zuordnungen:

    $\begin{array}{c|c} \text{ Begriff} & \text{ Summenformel}\\ \hline H_2O & Wasser\\ CO_2 & Kohlenstoffdioxid\\ C_6H_{12}O_6 & Glucose\\ C & Kohlenstoff\\ H_2 & Wasser\\ \end{array}$

  • Gib die Summengleichung der Fotosynthese an.

    Tipps

    Das Elementsymbol für Kohlenstoff ist „C“.

    Wasser ist eine Verbindung aus Wasserstoff und Sauerstoff. Bei der Fotosynthesegleichung ist das Wasser sowohl Edukt als auch Produkt.

    Befindet sich auf der Seite der Edukte (links) ein Stoff, welcher Kohlenstoff „C“ enthält, so muss sich auch auf der Seite der Produkte (rechts) ein Stoff befinden, welcher Kohlenstoff enthält.

    Lösung

    Bei der Fotosynthese werden Wasser und Kohlenstoffdioxid zu Glucose, Sauerstoff und Wasser umgewandelt. In der Summengleichung lassen sich die Anzahl der eingesetzten und der entstehenden Stoffe sowie die Zusammensetzung der einzelnen Stoffe mit angeben.

    Hier siehst du die Summenformeln der einzelnen Stoffe.

    Wasser: $H_2O$ Kohlenstoffdioxid: $CO_2$ Glucose: $C_6H_{12}O_6$ Sauerstoff: $O_2$

    Bei der Fotosynthese wird Wasser ($H_2O$) in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Der Wasserstoff wird für den Aufbau der Glucose ($C_6H_{12}O_6$) verwendet. Der Sauerstoff des Wassers wird zu dem Sauerstoff, den wir Menschen einatmen. Häufig wird angenommen, dass das Kohlenstoffdioxid, welches wir ausatmen, direkt von den Pflanzen zu Sauerstoff umgewandelt wird. Nun weißt du, dass dies nicht so ist und dass der Sauerstoff aus dem Wasser stammt.

    Der Kohlenstoff und der Sauerstoff des Kohlenstoffdioxids ($CO_2$) werden nämlich ebenfalls für den Aufbau der Glucose verwendet. Ein weiterer Teil des Sauerstoffes wird zu Wasser.

  • Gib die Reaktionsgleichung der Zellatmung an.

    Tipps

    Welches wichtige Gas atmet der Mensch ein und welches Gas atmet er aus?

    Der Mensch kann keine Glucose durch Fotosynthese aufbauen. Die Glucose für die Zellatmung muss deshalb über die Nahrung, wie zum Beispiel pflanzliche Nahrung, aufgenommen werden.

    Um die aufgenommene Glucose in der Zellatmung abzubauen, benötigt der Mensch ein ganz bestimmtes Atemgas. Weißt du, welches Atemgas der Mensch einatmet? Das eingeatmete Gas gehört zu den Edukten der Zellatmung, das ausgeatmete Gas gehört zu den Produkten der Zellatmung.

    Du atmest Sauerstoff ein und Kohlenstoffdioxid aus.

    Das eingeatmete Gas gehört zu den Edukten der Zellatmung, das ausgeatmete Gas gehört zu den Produkten der Zellatmung.

    Lösung

    Die Zellatmung ist die Umkehrfunktion der Fotosynthese. Bei der Fotosynthese wird Wasser und Kohlenstoffdioxid zum Energiespeicher Glucose umgewandelt, wobei als Nebenprodukt Sauerstoff anfällt.

    Fotosynthese:

    $H_2O+CO_2$ $\longrightarrow$ $C_6H_{12}O_6+H_2O$

    Menschen und auch andere Organismen bauen den Energiespeicher Glucose ab, um Energie für andere Reaktionen im Körper zu gewinnen. Dieser Abbau wird als Zellatmung bezeichnet. Organismen, welche keine Fotosynthese betreiben können und damit auch keine Glucose aufbauen können, müssen die Glucose für die Zellatmung über die Nahrung aufnehmen. In deinen Zellen wird während der Zellatmung die Glucose mit Sauerstoff verbrannt, wobei Energie entsteht, die der Körper für eigene Stoffwechsel nutzen kann. Bei dieser Verbrennung von Glucose fällt Kohlenstoffdioxid und Wasser an. Das Kohlenstoffdioxid kann dann wieder ausgeatmet werden.

    Zellatmung:

    $C_6H_{12}O_6+H_2O$ $\longleftarrow$ $H_2O+CO_2$

  • Ordne den Elementen der Reaktionsgleichung die passenden Bilanzen, Begriffe und Summenfomeln zu.

    Tipps

    Die untenstehenden Zahlen der Summenformeln geben die Anzahl des vorhergehenden Elements an. $H_2$ gibt also an, dass zwei Wasserstoffe (H) vorliegen.

    Für eine Bilanz werden alle gleichen Elemente summiert. Für $H_2O + O_2$ hättest du beispielsweise:

    2x $H$

    3x $O$

    Die Edukte der Fotosynthese sind Wasser und Kohlenstoffdioxid. Die Produkte sind Glucose, Sauerstoff und Wasser.

    Lösung

    Bei der Fotosynthese werden Wasser und Kohlenstoffdioxid zu Glucose, Sauerstoff und Wasser umgewandelt. Als unausgeglichene Summengleichung wird damit geschrieben:

    $H_2O + CO_2 \longrightarrow C_6H_{12}O_6 + CO_2 + H_2O$.

    Für die Edukte der Fotosynthesegleichung ($H_2O + CO_2$) hast du eine Bilanz von:

    2x $H$

    3x $O$

    1x $C$

    Für die Produkte der Fotosynthesegleichung ($C_6H_{12}O_6 + CO_2 + H_2O$) hast du folgende Bilanz:

    6x $C$

    14x $H$

    9x $O$

    Beachte, dass die gezeigte Gleichung noch nicht ausgeglichen ist!

  • Gib die Fotosynthesegleichung anhand der folgenden Abbildungen an.

    Tipps

    Die Abbildungen zeigen dir, wie die einzelnen Elemente im Molekül miteinander verbunden sind.

    Die Abbildungen können dir Auskunft darüber geben, wie viele Elemente in einem Molekül bzw. Stoff enthalten sind.

    Lösung

    In den Abbildungen siehst du die beteiligten Stoffe der Fotosynthese als sogenannte Strukturformel. Sie zeigen dir an, wie die einzelnen chemischen Elemente in einem Molekül miteinander verbunden sind und wie viele Elemente jeweils in einem Stoff vorhanden sind. Zählst du in der Abbildung die Elemente zusammen, kannst du dir gemeinsam mit der Summenformel herleiten, um welchen Stoff es sich handelt.

    Hier noch einmal die Stoffnamen mit den dazugehörigen Summenformeln:

    Wasser= $H_2O$ Kohlenstoffdioxid= $CO_2$ Glucose= $C_6H_{12}O_6$ Sauerstoff= $O_2$

    Die Strukturformel für Wasser muss also zwei Wasserstoffe enthalten und ein Sauerstoff.

    Die Strukturformel für Kohlenstoffdioxid muss ein Kohlenstoff und zwei Sauerstoffe enthalten.

    Glucose besteht aus sechs Kohlenstoffen, 12 Wasserstoffen und sechs Sauerstoffen. Die Glucose ist hier als Ringform dargestellt.

    Sauerstoff besteht lediglich aus zwei Sauerstoffen.

  • Gib die Anzahl der verwendeten Elemente für die dargestellte Reaktion „Verbrennung von Methan“ an.

    Tipps

    Für die Anzahl der verwendeten Elemente musst du dir nur die Seite der Edukte (links) anschauen.

    $H_2O$ besteht beispielsweise aus zwei Wasserstoffen und einem Sauerstoff.

    Werden $4H_2O$ angegeben, so besitzt du viermal "zwei Wasserstoffe" und viermal "ein Sauerstoff", also insgesamt 8 Wasserstoffe und 4 Sauerstoffe.

    Lösung

    Für die Anzahl der verwendeten Elemente musst du lediglich die Seite der Edukte (links) betrachten:

    $4CH_4+8O_2$.

    Methan ($CH_4$) besteht aus einem Kohlenstoff ($C$) und vier Wasserstoffen ($H_4$).

    Da du viermal Methan besitzt ($4CH_4$), musst du die Anzahl der Elemente eines Methans mit vier multiplizieren. Das bedeutet, dass du viermal "ein Kohlenstoff" und viermal "vier Wasserstoffe" besitzt. Insgesamt macht das:

    4x Kohlenstoff 16x Wasserstoff

    Sauerstoff($O_2$) besteht aus zwei Sauerstoffen. Da du achtmal Sauerstoff besitzt, musst du die Anzahl der Elemente mit acht multiplizieren. Insgesamt macht das:

    16x Sauerstoff