Wenn man sich mit Chemie beschäftigt, dann muss man sich die chemischen Reaktionen ansehen. Chemische Reaktionen sind die Grundlage für unsere weitere Arbeit mit der Chemie.
Was sind chemische Reaktionen?
Immer wenn neue Stoffe entstehen oder sich ein Stoff in einen anderen verwandelt spricht man von einer chemischen Reaktion. Atmung ist eine chemische Reaktion aber auch rosten. Immer wenn aus einem oder mehreren Stoffen ein neuer Stoff entsteht nennt man das chemische Reaktion.
Man kann folgende Reaktionen unterscheiden:
•Oxidation
•Reduktion
•Fällung ( flüssig in fest)
Wo sind chemische Reaktionen zu finden?
Immer wenn etwas in unserer Umwelt passiert basiert das auf chemischen Reaktionen. Aber in unserem Körper laufen auch solche Reaktionen ab: Bei der Verdauung beginnt man den Speisebrei mit den Zähnen zu verkleinern, dann wird der Brei durch den Speichel zersetzt. Im Magen wirkt die Magensäure auf den Speisebrei ein und verändert seine Stofflichkeit. Zum Beispiel wenn wir ein Stück Metall liegen lassen draußen und es der Witterung ausgesetzt ist, dann rostet dieser Gegenstand. Das Rosten ist eine chemische Reaktion, die man als Oxidation bezeichnet.
Wenn man kocht verwandelt man ein Lebensmittel bzw. viele zu einem neuen Gegenstand. Diese Reaktion nennt man Stoffumwandlung.
Manchmal entsteht eine Umwandlung von Stoffen auch durch die Einwirkung von Hitze, dann werden feste Stoffe in gasförmige umgewandelt. Manchmal wird auch aus festen Stoffen ein flüssiger Stoff, wenn Hitze darauf einwirkt. Das ist zum Beispiel der Fall, wenn Wärme auf Eis einwirkt oder wenn man Zucker mit dem einem Zusatz kocht. Dadurch entsteht Zuckerkulär, ein Farbstoff, der in der Küche zum Einfärben von Saucen verwendet wird.
Beispiel für eine chemische Reaktion
Mit HIlfe von Kuper und Schwefel entsteht Kupersulfit. Die beiden reagieren zusammen, und bilden Sufide. Sulfide entstehen durch die Reaktion zwischen Metallen und Schwefel. Nur bei Gold und Silber entsteht kein Sulfit. Dabei passiert es, dass die ursprünglichen Stoffe verschwinden und statt dessen ein neuer Stoff entsteht.
Wenn man Schwefel auf Silber aufbringt, dann entsteht kein Sulfit, dann regagierien beide Stoffe miteinander und das Silber läuft schwarz an.
Schreibweise
Kupfer + Schwefel --> Kupfersulfit
Spricht man Kupfer und Schwefel reagieren zu Kupfersulfid.
Schreibweise als Reaktionsgleichung
2 Cu + 1 S --> Cu2 S
Oft kann man auch das Sulifit wieder in seine ursprünglichen Stoffe zerlegen, also aus Kupfersulfit Kupfer und Schwefel gewinnen.
Trennung von Stoffen kann nicht bei Elementen vorgenommen werden, da sie keine Verbindungen sind.
Verbindungen bestehen aus mindestens zwei Stoffen. Elemente sind Reinstoffe, die unteilbar sind. Also nicht aus verschiedenen anderen Stoffen bestehen.
Arten von Reaktionen
Bei Reaktionen entstehen auch manchmal nicht nur andere Stoffe, sondern auch Energie. Diese Energie kann aus Wärme bestehen. Wenn Energie bei einer Reaktion an die Umwelt abgegeben wird, dann nennt man diese Reaktion exotherm. Wenn die Reaktionen nur dann passieren, wenn permanent Energie hinzugefügt wird, dann nennt man diese Reaktionen endotherm.
Dabei ist die Energie immer gleich: Buch S. 63 " Die Energie, die bei Bildung einer Verbindung aus den elementaren Stoffen frei wird, ist genau so groß wie die energie, die zur Zerlegung aufgebracht werden muss."
Zum Beispiel die Sufide
Entstehung von Sufiden ist eine exotherme Reaktion
Zerlegung von Sufiden in Metall und Schwefel ist eine endotherme Reaktion
Antoine Laurent Lavoisier undn die Massegesetze
Der Chemiker aus Frankreich lebte von 1743-1794. Er maß die Stoffe vor und nach der REaktin. Dadrüch stellte er fest, dass die Masse nach einer chemischen Reaktion immer gleich blieb. Das sich keine Masseveränderung feststellen lies fasste er im im Gesetz von der Erhaltung der Masse zusammen.
Aus diesem Gesetz hat sich das Gesetz von den konstanten Masseverhältnissen ergeben. Dieses Gesetz besagt, dass bei einer Reaktion der Anteil der elementaren Stoffe nach der zerlegung wieder gleich bleibt. Das die Stoffe also immer im selben Verhältnis konstant zueinander bleiben. Dieses Gesetz basiert auf den Erkenntnissen von Lavoisier und wurde 1799 vom Chemiker Joseph Louis Proust gemacht.
Teilchenmodell
Nach dem Dalton Modell ist eine chemische Reaktion immer eine Umgruppierung von Atomen. Dadurch ergibt sich ein neues Beziehungssystem zwischen den Atomen. Man geht dabei davon aus, das die ursprünglichen Stoffe nicht zerstört werden, sondern sich die Stoffe nur neue gruppiern.
So lässt sich auch das Masseerhaltungsgesetz erklären und das die Verhältnisse der Masse konstant sind. Die Atome sind im Stoff immer Kügelchen, die sich dann nur anders sortieren. Werden sie getrennt bleibt die Anzahl der Atome ja gleich. Dieses Verhältnis kann man ausrechnen, indem man
Masse vom Metall durch Masse vom Schwefel rechnet.
Wie stelle ich ein Reaktionsschema auf?
also erstes stelle ich das Reaktionsschema auf, indem ich die Stoffe als Wort aufschreibe, als nächstes suche ich die Zeichen für die Atome raus und die Formel für die Elementargruppen. Erst danach fürge ich die Mulitplikatoren ein und setzte das in die Gleichung ein.
Reaktion von Metallen bei Verbrennung bzw. mit Sauerstoff
Wenn man Metall verbrennt passieren verschiedene Sachen: Magnesium verbrennt in einer weißen Flamme, während Eisen einfach nur glimmt.
Bei der Verbrennung oder bei dem Kontakt mit Luft entstehen meistens die selben Stoffe. Diese Oxide haben ähnliche Eigenschaften wie Sulfide. Sulfide und Oxide sind beide fest und spröde und schmelzen erst bei sehr hohen Temperaturen. Hierbei handelt es sich immer um exotherme Reaktionen.
Eisen+Sauerstoff--> Eisenoxid 3FE+2 O2---> Fe3O4 ( exotherme Reaktion )
Magnesium +Sauerstoff-->Magnesiumoxid 2Mg+O2--> 2MgO
Bei der Intensität der Reaktionen spielt das Ursprungsmetall eine Rolle, sowie auch der Zerteilungsgrad. Darum kann man Reaktionen nur vergleihcen, wenn sie in gleichem Zustand sind, also im gleichen Zerteilungsgrad. Kuper reagiert dabei am wenigsten, Magnesium am stärksten. Bei der Bildung von Oxiden entsteht Energie. Je größer der freigesetzte Energiegehalt, desto mehr Energie braucht das Metalloxid für die Zerlegung.
Wenn viel Energie frei wird bei der Bildung des Metalloxid, dann handelt es sich um unedles Metall. Edelmetalle kommen in der Natur vor, unedle Metalle sind Verbindungen.
Mit einem Holzspan kann man die Glimmprobe machen ( also nachweisen, ob Sauerstoff irgendwo enthalten ist). Wenn Metall mit Sauerstoff in Berührung kommt, dann rostet es. Ein Oxid entsteht.
Erze/ Reduktion
Manchmal sind Edelmetalle oder Metalle in der Natur mit Steinen und Mineralien verbunden. Das nennt man Erze. Diese Erze sind Oxide. Durch erhitzen kann man diese Oxide wieder in ihre elementaren Bestandteile verlegen:
Silberoxid---> Silber + Sauerstoff ( 2 Ag2O---> 4 Ag + O2), dieses Verfahren nennt man Reduktion, hierbei kehrt man die Oxidation einfach um.
Wenn verschiedene Metalle gemischt sind, zum Beispiel Eisen mit Kuperoxid, dann glüht das Gemisch nach dem Erhitzen auf. Eine exotherme Reaktion entsteht. Es bleibt rotes Kupfer zurück und Eisenoxid: Hierbei wird Eisenoxid oxidiert und Kupferoxid zu Kuper reduziert.
Kuperoxid + Eisen --> Kupfer + Eisenoxid
4CuO+3Fe--> 4Cu+Fe3O4
Oxidationsmitel sind Stoffe, die andere Stoffe oxidieren, in diesem Fall wäre das Oxidationsmittel das Kupferoxid.
Andere Stoffe und Sauerstoff
Auch andere Stoffe können verbrennen oder mit Sauerstoff regieren. Wenn zum Beispiel Schwefel mit Sauerstoff in Berührung kommt, dann entsteht Schwefeloxid. Hierbei entsteht bei der Verbrennung eine bläuliche Flamme. Kohlenstoff ist der Hauptbestandteil von Holzkohle. Wenn man die anzündet leuchtet sie hell auf, es entsteht ein Gas, Kohlenstoffdioxid. Zurück bleibt eine Asche ( Mineralstoffe). Kohlenstoffdioxid lässt sich nachweisen, indem man Kalkwasser mit Kohlendioxid mischt, es entsteht ein Reaktionsprodukt, das das Wasser trübe einfärbt. So weißt man Kohlendioxid nach. Je größer der Druck ist, desto schlechter ist die Lösulichkeit im Wasser. Darum geht es sofort nach dem Öffnen der MInteralwasserflasche raus.
Schwefel S+ Sauerstoff O2--> Schwefeldioxid SO2
KOhlenstoff C+ Sauerstoff 02--> Kohlenstoffdioxid CO2
Redoxverfahren
Erzeugen häufig eine sehr hohe Wäremewirkung, wenn man Eisenoxidpulver (fe2O2) mit Aluminiumgries misscht, kann man Eisenteile schweißen. Bei diesen exotermen Reaktionen entstehen bis zu 2400 Grad Celsius
Eisenoxid+ Aluminium--> Eisen + Aluminiumoxid
Fe2O3+2 Al --> 2 Fe+ Al2O3