Das Gesetz von der Erhaltung der Masse

Das Gesetz von der Erhaltung der Masse in der 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 de 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:

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

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 $\left( \ce{S} \right)$ mit Sauerstoff $\left( \ce{O2} \right)$ entsteht Schwefeldioxid $\left( \ce{SO2} \right)$. 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:
  $m \left( \ce{S} \right) + m \left( \ce{O2} \right) = m \left( \ce{SO2} \right)$

• Bei der Verbrennung von Kohle bzw. Kohlenstoff $\left( \ce{C} \right)$ mit Sauerstoff entsteht Kohlenstoffdioxid $\left( \ce{CO2} \right)$. 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:
  $m \left( \ce{C} \right) + m \left( \ce{O2} \right) = m \left( \ce{CO2} \right)$

• Bei der Verbrennung von Phosphor $\left( \ce{P} \right)$ mit Sauerstoff entsteht Phosphorpentoxid $\left( \ce{P2O5} \right)$. 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:
  $m \left( \ce{4 P} \right) + m \left( \ce{5 O2} \right) = m \left( \ce{2 P2O5} \right)$

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

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.

Zusammenfassung des Gesetzes von der Erhaltung der Masse

Einfach erklärt besagt das Gesetz von der Erhaltung der Masse, dass bei einer chemischen Reaktion die Gesamtmasse der beteiligten Stoffe erhalten bleibt.
Es gehen keine Atome verloren – sie werden lediglich umgruppiert.