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Reaktionsgleichungen

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Götz Vollweiler
Reaktionsgleichungen
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse

Beschreibung Reaktionsgleichungen

Chemische Reaktionen werden durch Reaktionsgleichungen dargestellt. Dabei müssen bestimmte Regeln eingehalten werden, so gilt das Prinzip der Erhaltung der Masse, welches besagt, dass vor und nach der Reaktion die gleiche Anzahl an Atomen bestehen muss. Das gleiche gilt für die Ladungen, welche sich im Verlauf der Reaktion in ihrer Anzahl nicht ändern. Man nennt dies das Prinzip der Erhaltung der Ladung. Beide Prinzipien werden durch aufschreiben der Summenformeln der Edukte auf der rechten und der Produkte auf der linken Gleichungsseite und anschließendes Ausgleichen durch stöchiometrische Faktoren angewendet. Des Weiteren lassen sich zusätzliche Informationen in einer Reaktionsgleichung festhalten. Welche das sind und wie man diese aufschreibt, kannst du im Video erfahren.

Transkript Reaktionsgleichungen

Hallo und herzlich willkommen. Das Thema dieses Videos lautet Reaktionsgleichungen, die man auch chemische Gleichungen nennen kann. Nach dem Video weißt du dann, was eine Reaktionsgleichung ist, welche Prinzipien beim Aufstellen einer Reaktionsgleichung berücksichtigt werden und welche zusätzlichen Informationen eine Reaktionsgleichung enthalten kann. Um das Video zu verstehen, solltest du allerdings bereits wissen: 1. was eine chemische Reaktion überhaupt ist und 2. was Elemente, Verbindungen, Atome und Moleküle sind. Wie du also sicher bereits weißt, ist eine chemische Reaktion ein Vorgang, bei dem Verbindungen in andere Verbindungen umgewandelt werden.  Zum Beispiel könnte man eine Reaktionsgleichung ganz allgemein formulieren als A+B gibt C+D. A und B, die Ausgangsstoffe, nennt man auch die Edukte und C und D, also das, was entsteht im Laufe der Reaktion, nennt man die Produkte. Selbstverständlich ist die Anzahl der Edukte und die Anzahl Produkte von Reaktion zu Reaktion unterschiedlich, das heißt, es müssen nicht immer jeweils 2 sein, das ist nur ein Beispiel. Was passiert eigentlich bei einer solchen chemischen Reaktion? Ganz einfach. Die in den Edukten enthaltenen Atome werden zu neuen Verbindungen sozusagen umgruppiert. Dabei stellt sich natürlich auch die berechtigte Frage: Warum passiert das? Nun, die Antwort darauf lautet: Das hat etwas mit der Elektronenhülle der Atomhülle zu tun, die sich irgendwie arrangieren, um eine Edelgaskonfiguration zu erreichen. Diese genauen Gründe wollen wir hier aber nicht erörtern, sondern uns einfach nur auf die Erkenntnis beschränken, dass bei einer chemischen Reaktion die Atome neu gruppiert werden. Man kann sich das vorstellen wie ein Bauwerk aus Legosteinen, das auseinandergerupft wird und zu einem neuen Bauwerk wieder zusammengesetzt wird. Das sei hier mal demonstriert anhand der Reaktion: Salzsäure reagiert mit Natronlauge zu Kochsalz und Wasser. Also HCl+NaOH->NaCl+H2O. Die Verbindung HCl besteht aus 1 Wasserstoffatom und 1 Chloratom. Natronlauge besteht aus 1 Natriumatom, 1 Sauerstoffatom und 1 Wasserstoffatom, Natriumchlorid aus 1 Natriumatom und 1 Chloratom und Wasser aus  2 Wasserstoffatomen und 1 Sauerstoffatom. Vergleicht man nun die linke Seite, also die Eduktseite, mit der rechten Seite, der Produktseite, sieht man, dass dieselben Atome, die links waren, auch rechts wieder auftauchen, nur in einer anderen, wie soll ich sagen, Zusammensetzung. Die Reaktionsgleichung wäre in diesem Falle tatsächlich die Gleichung, die bereits da steht, nämlich HCl+NaOH ergibt NaCl+H2O. Ganz wichtig also der Merksatz: Die linke Seite der Reaktionsgleichung umfasst genau dieselben Atome, wie die rechte Seite. Oder anders formuliert: Es entstehen keine neuen Atome im Laufe der Reaktion und es verschwinden auch keine Atome. Und das führt uns auch schon zum 1. Prinzip, das beim Aufstellen einer Reaktionsgleichung berücksichtigt werden muss. Es ist das Prinzip der Erhaltung der Masse. Es lautet: Die Masse der Edukte entspricht der Masse der Produkte. Schauen wir uns noch mal ein Beispiel an. Methan reagiert mit Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser. An dieser Stelle ist natürlich die Frage angebracht: Woher weiß ich, dass Methan und Sauerstoff Kohlendioxid und Wasser ergeben? Die lakonische Antwort darauf lautet: Das weiß man halt. Nein, ich möchte hier nicht kaltschnäuzig wirken, sondern einfach nur feststellen, dass man, wenn man eine Reaktionsgleichung aufstellen will, die 1. Voraussetzung die ist, dass man sowohl die Edukte als auch die Produkte kennt. Dass man also weiß, was entsteht im Laufe der Reaktion. Und wenn wir das wissen, können wir die Summenformeln der Edukte und der Produkte hinschreiben. In diesem Falle: CH4 für Methan, O2 für Sauerstoff, CO2 für Kohlendioxid und H2O für Wasser. Als Nächstes gleichen wir die Reaktionsgleichung aus, indem wir die Anzahl der einzelnen Atomsorten links und rechts vergleichen. Also links haben wir 1 Kohlenstoffatom, rechts auch 1 Kohlenstoffatom. Fängt doch gut an. Als Nächstes schauen wir uns den Wasserstoff an. Links haben wir 4 Wasserstoffatome, rechts haben wir 2 Wasserstoffatome. Und als Letztes der Sauerstoff. Links haben wir 2 Sauerstoffatome und rechts 2+1, also 3 Sauerstoffatome. So, wie sie da steht, erfüllt die Gleichung also nicht das Prinzip, dass links genauso viele Atome einer jeden Sorte, wie rechts sein müssen. Es muss also etwas geändert werden. Nur was? Schauen wir uns doch mal den Wasserstoff an. Links haben wir 4 Wasserstoffatome und rechts 2 Wasserstoffatome. Wenn wir aber, statt 1 Wassermolekül, 2 Wassermoleküle entstehen lassen würden, dann hätten wir auf der rechten Seite auch 4 Wasserstoffatome. Na, dann machen wir das doch einfach so. Schreiben wir einfach eine 2 vor das Wasser. Nun zum Sauerstoff. Links haben wir 2 Sauerstoffatome, rechts haben wir nun 2+ noch mal 2 Sauerstoffatome, weil im Wasser, das ja jetzt zweifach vorhanden ist, ist ja auch 1 Sauerstoffatom enthalten. Jetzt könnten wir die Sauerstoffbilanz so ausgleichen, indem wir auf das O2 auf der Eduktseite auch eine 2 davorschreiben. So, und nun stimmt alles. Wir haben auf der linken Seite 1 Kohlenstoffatom, auf der rechten Seite 1. Wir haben auf der linken Seite 4 Wasserstoffatome, auf der rechten Seite ebenfalls, denn 2×2 ergibt 4. Und auf der linken Seite haben wir 4 Sauerstoffatome, genauso wie auf der rechten Seite, weil sowohl im CO2 sind 2 Sauerstoffatome enthalten, als auch in den beiden Wassermolekülen. Die Gleichung ist fertig. Hier noch einmal die 2 Schritte, die wir gegangen sind, um die Reaktionsgleichung korrekt aufzustellen. Der 1. Schritt besteht darin, die Edukte und Produkte hinzuschreiben, und zwar als Summenformeln. Dafür muss man natürlich wissen, welche die Edukte und welche die Produkte sind. Der 2. Schritt besteht darin, dass die Gleichung ausgeglichen wird, indem sogenannte stöchiometrische Faktoren eingefügt werden. Stöchiometrische Faktoren sind diese roten Zahlen, in unserem Beispiel die roten Zweier, die angeben, wie viele Einheiten einer Verbindung entstehen beziehungsweise benötigt werden. Ein 2. Prinzip, das beim Aufstellen von Reaktionsgleichungen eine Rolle spielt, ist das sogenannte Prinzip der Erhaltung der Ladung. Dieses Prinzip ist vor allem dann wichtig, wenn wir es mit der Reaktion von Ionen zu tun haben, also von geladenen Teilchen. Das Prinzip besagt: Die Ladung der Edukte entspricht exakt der Ladung der Produkte. Anders formuliert könnte man auch sagen: Im Laufe einer Reaktion entstehen keine zusätzlichen positiven oder negativen Ladungen. Auch das sei hier anhand eines Beispiels demonstriert. Carbonat reagiert mit Salzsäure zu Kohlendioxid, Wasser und Chlorid. Also CO32- + HCl -> CO2 + H2O + Cl-. Um die Gleichung auszugleichen, müssen wir jetzt noch ein paar stöchiometrische Faktoren einfügen, nämlich eine 2 vor das HCl, was wir daher wissen, dass wir links nur 1 Wasserstoffatom haben und rechts 2. Also wir müssen mindestens 2 Salzsäureeinheiten in die Gleichung hineinfügen. Wenn wir aber links 2 Salzsäureeinheiten haben in der Gleichung, dann müssen rechts auch notwendigerweise 2 Chloratome auftauchen, in Form von Chlorid. Also schreiben wir vor das Chlorid auch eine 2. Nun ist die Gleichung anscheinend fertig. Wichtig ist aber, dass man jetzt noch kontrolliert, ob auch die Ladungen der linken Seite denen der rechten Seite entsprechen. Links, auf der Eduktseite, haben wir auf dem Carbonation 2 negative Ladungen. Rechts finden sich ebenfalls 2 negative Ladungen, und zwar durch die beiden jeweils einfach geladenen Chloridionen. Die Ladungen links und rechts stimmen überein, also ist unsere Gleichung auch in dieser Hinsicht ausgeglichen. Tatsächlich beschränken sich die Informationen, die in einer Reaktionsgleichung enthalten sein können, nicht auf die Anzahl der Atome, sondern es können auch noch weitere Informationen darin enthalten sein. 2 davon möchte ich noch erwähnen. Das ist zum einen der Aggregatzustand der jeweiligen Edukte und Produkte und zum anderen die Energiebilanz der Gesamtreaktion.  Schauen wir uns als Beispiel die Reaktion an, die wir vorhin hatten. Die Verbrennung von Methan zu Kohlendioxid und Wasser. Möchten wir die Aggregatzustände der Edukte und Produkte in die Gleichung hineinschreiben, dann machen wir das so, dass wir unten rechts zu jeder Verbindung in Klammern ein kleines Symbol setzen: g für gasförmig, fl für flüssig, wobei sich diese Angaben auf den Standardzustand der jeweiligen Verbindung beziehen, also auf Raumtemperatur und Atmosphärendruck. Die 2. Zusatzinformation, die in einer Reaktionsgleichung häufig enthalten ist, ist die Energiebilanz. Bei unserem Beispiel ist es so, dass aus 1 Molekül Methan und 2 Sauerstoffmolekülen nicht nur 1 Kohlendioxid- und 2 Wassermoleküle entstehen, sondern auch noch Wärme entsteht, und zwar, um genau zu sein, 890 kJ, wenn man 1 mol Methan verbrennt. Diese Energiemenge würde also auf jeden Fall auf unserer Produktseite stehen, weil ja Wärme entsteht. Es gibt auch Reaktionen, die Wärme benötigen und in diesem Fall würde man die benötigte Energie auf die Eduktseite stellen, also auf die linke Seite. Tatsächlich schreibt man in der Regel die Energie, die entsteht oder benötigt wird, gar nicht in die Reaktionsgleichung hinein, sondern daneben als Zusatzangabe der Form ∆H ist gleich eine bestimmte Energiemenge. ∆H ist die sogenannte Reaktionsenthalpie, und wenn sie ein negatives Vorzeichen trägt, wie hier in diesem Beispiel, dann heißt das, dass Wärme entsteht. Trägt sie ein positives Vorzeichen, dann heißt das, dass Wärme benötigt. So und damit wären wir auch schon am Ende dieses Videos angelangt. Wir haben gerade gelernt, was eine Reaktionsgleichung ist und wie man sie aufstellt, nämlich 1. durch die Nennung von Edukten und Produkten und 2. durch die Hinzufügung stöchiometrischer Faktoren. Des Weiteren haben wir gelernt, welche Prinzipien beim Aufstellen einer Reaktionsgleichung eine Rolle spielen, nämlich das Prinzip der Erhaltung der Masse und das Prinzip der Erhaltung der Ladung. Und weiterhin haben wir gelernt, welche Zusatzinformationen eine Reaktionsgleichung enthalten kann, nämlich zum Beispiel die Aggregatzustände von Edukten und Produkten und die Energiebilanz der Gesamtreaktion. Vielen Dank für das Zuschauen, tschüss und bis zum nächsten Mal!

80 Kommentare

80 Kommentare
  1. Hallo Christina Gvm,
    nach drei Versuchen oder wenn die Aufgabe richtig gelöst wurde, öffnet sich ein Fenster, wenn du dann auf „Schau dir die Lösung an“ klickst, öffnet sich die Lösung.
    Bei den Arbeitsblättern findest du die Lösung auf den letzten Seiten.
    Beste Grüße

    Von Tatjana Elbing, vor 4 Monaten
  2. Hallo, wo finde ich die Lösungen?

    Von Christina Gvm, vor 4 Monaten
  3. Hallo Joshua B.,
    vielen Dank für deine Kommentare.
    1. Alle Reaktionsgleichungen müssen die Gesetze der Erhaltung der Masse und der Ladung erfüllen.
    2. Das negative Vorzeichen in Aufgabe zwei bezieht sich auf die Reaktionsenthalpie. Diese gibt die Änderung der Enthalpie im Verlauf einer Reaktion an. Wurde Energie z. B. in Form von Wärme während der Reaktion abgegeben, so ist diese negativ.
    3. Hier musst du zwischen Elementen und Verbindungen unterscheiden. Die Elementsymbole bestehen aus einem oder zwei Buchstaben. Besteht ein Symbol aus zwei Buchstaben, so wird immer der erste Buchstabe groß und der zweite Buchstabe klein geschrieben. Wenn zwei Buchstaben groß geschrieben hintereinander stehen, dann handelt es sich um zwei verschiedene Elemente in einer Verbindung.
    Beispiel:
    C steht für Kohlenstoff
    O steht für Sauerstoff
    Co steht für das Element Cobalt
    CO steht für eine Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff mit dem Namen Kohlenstoffmonoxid

    Ich hoffe, ich konnte dir weiterhelfen.
    Falls du noch weitere Fragen hast, helfen dir gerne unsere Lehrerinnen und Lehrer des Hausaufgabenchats weiter. Der Chat ist von Montag bis Freitag von 17 bis 19 Uhr für dich da.
    Beste Grüße aus der Redaktion

    Von Tatjana Elbing, vor etwa einem Jahr
  4. Bei der 4. Aufgabe wollte ich mal auf Schreibfehler Hinweisen, da manchmal beide Buchstaben des Elements groß sind

    Von Joshua B., vor etwa einem Jahr
  5. Ok, aber bei Reaktionsgleichungen gibt es keine Negativen Vorzeichen und von Wärme und Feststoff ist in Reakionsgleichungen nie was erwähnt

    Von Joshua B., vor etwa einem Jahr
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Reaktionsgleichungen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Reaktionsgleichungen kannst du es wiederholen und üben.
  • Nenne die Prinzipien, die beim Aufstellen einer Reaktionsgleichung eine Rolle spielen.

    Tipps

    Sieh dir an, was auf Seiten der Edukte und auf Seiten der Produkte gleich ist.

    Bei einer Reaktion können keine Atome dazukommen und keine Atome verschwinden.

    Lösung

    Bei einer chemischen Reaktion können keine Atome auftauchen oder verschwinden. Wie du gehört hast, werden die einzelnen Atome bei einer Reaktion neu gruppiert. Wenn also nichts dazukommen und nichts verschwinden kann, dann muss die Masse auf beiden Seiten gleich bleiben. Auch Ladungen müssen ausgeglichen sein. Die Summe der positiven und negativen Ladungen muss bei den Produkten genau gleich sein wie auf Eduktseite. Farbe und Dichte sind stoffcharakteristisch und können sich so natürlich ändern. Auch Druck und Temperatur können sich während einer Reaktion ändern.

  • Gib an, was du am negativen Vorzeichen vor der Reaktionsenthalpie erkennen kannst.

    Tipps

    Die Reaktionsenthalpie ist die Energie, die bei einer Reaktion benötigt oder abgegeben wird.

    Das negative Vorzeichen zeigt dir, dass die Edukte energiereicher sind als die Produkte.

    Lösung

    Die Reaktionsenthalpie ist die Energie, die bei einer Reaktion aufgenommen oder abgegeben wird. Oft geschieht diese Energieänderung in Form von Wärmeänderung. Wenn du also Edukte hast, die sehr energiereich sind, und Produkte, die energieärmer sind, dann wird dieser Energiebetrag als Wärme abgegeben. Die Wärmeabgabe wird an der Reaktionsgleichung am negativen Vorzeichen vor der Enthalpie erkennbar. Benötigte Energie erkennst du also an einem positiven Vorzeichen und freiwerdende Energie an einem negativen Vorzeichen.

  • Ergänze die stöchiometrischen Faktoren, damit die Gleichung ausgeglichen ist.

    Tipps

    Zähle die Sauerstoffatome auf der Eduktseite und auf der Produktseite und vergleiche.

    Welchen Faktor musst du auf Produktseite beim Sauerstoff ergänzen, damit es stimmt?

    Zähle nun die Wasserstoffatome auf Produkt- und Eduktseite.

    Lösung

    Zur Lösung musst du die Atome der Eduktseite und der Produktseite ausgleichen. Du beginnst mit dem Sauerstoff. Links hast du zwei Atome Sauerstoff, rechts ein Atom im Wasser. Nun musst du eine 2 vor das Wassermolekül schreiben, damit beide Seiten ausgeglichen sind. Nun schaust du dir den Wasserstoff an. Durch die zwei Moleküle Wasser hast du auf Produktseite vier Atome. Auf Eduktseite aber nur zwei. Also schreibst du vor das Wasserstoffmolekül eine 2. Nun sollte alles stimmen.

  • Formuliere folgende Reaktionsgleichungen.

    Tipps

    Zähle die Atome eines Elements auf der linken Seite und Vergleiche mit der Anzahl auf der rechten Seite.

    Schau dir die Anzahl der Sauerstoffatome genauer an.

    Lösung

    Wie du im Video erfahren hast, kann bei einer chemischen Reaktion nichts dazukommen und nichts verschwinden. So kannst du auch bei Reaktionen, die du bis jetzt noch nicht kennst, erkennen, ob die Reaktionsprodukte wirklich zu den Edukten gehören können. Hier hast du drei verschiedene Schwefelverbindungen. Schwefel taucht also auch bei allen Reaktionsprodukten wieder auf. Unterschiede hast du aber beim Sauerstoff. So reagiert zum Beispiel einmal Schwefeldioxid $SO_2$ mit Wasser und einmal Schwefeltrioxid $SO_3$. Das Produkt zu Schwefeldioxid muss also auch ein Sauerstoffatom weniger enthalten als das Produkt zum Schwefeltrioxid. Außerdem hast du noch eine Reaktion zwischen Schwefelsäure bzw. schwefliger Säure und Natronlauge. Neben der richtigen Anzahl an Sauerstoff muss das Natrium-Ion der Lauge bei den Produkten natürlich auch wieder auftauchen, in diesem Fall hat sich das Salz Natriumsulfat bzw. Natriumsulfit gebildet.

  • Formuliere die Reaktionsgleichung von Salzsäure und Natriumhydroxid.

    Tipps

    Alle Atome der linken Seite müssen auch rechts wieder auftauchen.

    Lösung

    Wenn du dir die Atome auf der Seite der Edukte anschaust, stellst du fest, dass du ein Natriumatom, ein Chloratom, ein Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatome hast. Schau dir nun die möglichen Produkte an und sieh, welche Lösung genau diese Anzahl und Sorten von Atomen hat. Denn wie du ja weißt, kann bei einer chemischen Reaktion nichts dazu kommen und nichts verschwinden.

  • Bilde aus folgender Wortgleichung die Reaktionsgleichung.

    Tipps

    Überlege dir zunächst die Formeln zu den einzelnen Verbindungen. Beachte, Chlor kommt molekular vor, also zwei Atome pro Molekül.

    Zähle nun die einzelnen Atome jedes Elements und vergleiche die Edukt- und Produktseite.

    Um die Atome auszugleichen, werden stöchiometrische Faktoren vor die Formeln geschrieben.

    Lösung

    Zuerst überlegst du dir die Formeln zu den einzelnen Verbindungen. Natrium hat die Formel $Na$ und Chlor $Cl_2$. Hier musst du beachten, dass Chlor immer als Molekül vorkommt und du so immer zwei Chloratome hast. Die Formel von Natriumchlorid ist $NaCl$. Du siehst nun, dass auf der Eduktseite zwei Atome Chlor sind und auf der Produktseite nur eines. Um das ausgleichen zu können, schreibst du eine 2 vor das Natriumchlorid. Nun stimmen die Chloratome, aber die Natriumatome nicht mehr. Also schreibst du vor das Natrium auf der Eduktseite auch wieder eine 2 und nun sollte alles stimmen. Je zwei Atome Natrium und Chlor auf der Eduktseite kannst du auch wieder auf der Produktseite finden.

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