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Grundwissen

Reaktionsgleichungen ausgleichen

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Chemische Reaktionen können durch Reaktionsgleichungen beschrieben werden.
  • Die Edukte stehen links vom sogenannten Reaktionspfeil, die Produkte rechts. 
  • Eine Reaktionsgleichung liefert beispielsweise Informationen über die Art und Zahlenverhältnis der Teilchen, die an einer Reaktion beteiligt sind.
Ka23 13, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Abb. 1 Gasherd

Zur Chemie gehören unweigerlich auch chemische Reaktionen. Um diese besser verstehen zu können, ist es wichtig zu wissen, welche Teilchen an einer Reaktion beteiligt sind und in welchem Zahlenverhältnis diese reagieren. Dabei helfen sogenannte Reaktionsgleichungen. Doch wie ist eine Reaktionsgleichung aufgebaut und wie stellst du sie auf? Wir gehen die einzelnen Schritte an einem Beispiel durch. Schauen wir uns als Beispiel den Gasherd an, der häufig mit Erdgas betrieben wird (Abb. 1).

1. Wortgleichung der Reaktion aufstellen

Der Hauptbestandteil von Erdgas ist Methan. Damit eine Verbrennung ablaufen kann, wird Sauerstoff benötigt. Du weißt also schon, welche Edukte es bei der Reaktion gibt, nämlich Methan und Sauerstoff. Jetzt ist es auch noch wichtig zu wissen, welche Stoffe bei der Reaktion entstehen. Bestimmt hast du schonmal gehört, dass bei der Verbrennung Kohlenstoffdioxid entsteht. Zusätzlich entsteht bei der Reaktion Wasser. Mit diesen Informationen kannst du bereits eine Wortgleichung aufstellen:

\(\ce{Methan + Sauerstoff -> Kohlenstoffdioxid + Wasser}\)

Achte bitte unbedingt darauf, dass du einen Reaktionspfeil und nicht wie in der Mathematik ein Gleichheitszeichen schreibst. Der Reaktionspfeil verdeutlicht, dass aus den Edukten die Produkte entstehen. Würdest du ein Gleichheitszeichen schreiben, würde das bedeuten, dass die Edukte und die Produkte identisch wären. Das sind sie aber nicht, da es sich ja um unterschiedliche Stoffe handelt.

2. Formelgleichung aufstellen

Jetzt wechseln wir auf die Teilchenebene, indem wir eine Formelgleichung aufstellen. Die Stoffe müssen dazu in der Symbolschreibweise dargestellt werden. Du ersetzt also die Namen der Stoffe in der Wortgleichung durch die entsprechende Symbolschreibweise:

\(\ce{CH4 + O2 -> CO2 + H2O}\)

3. Anzahl der Atome ausgleichen

Du weißt schon, dass bei chemischen Reaktionen keine Atome gebildet oder vernichtet werden können, sondern dass diese umgruppiert werden. Das heißt aber auch, dass die Anzahl der jeweiligen Atome bei den Edukten genauso groß sein muss, wie bei den Produkten. Schauen wir uns das mal an unserem Beispiel an (Abb. 2).

\(\ce{CH4 + O2 -> CO2 + H2O}\)

Die Anzahl der Kohlenstoff-Atome ist auf beiden Seiten gleich, hier musst du also nichts anpassen. Bei den Wasserstoff-Atomen haben wir aktuell vier Stück auf der Eduktseite und nur zwei Stück auf der Produktseite.  Mit anderen Worten: in unserer Formelgleichung würden zwei Wasserstoffatome vernichtet werden. Das darf natürlich nicht sein. Um auch nach der Reaktion vier Wasserstoff-Atome zu haben, müssen also auf der Produktseite zwei Wasserstoff-Atome ergänzt werden. Dazu kannst du eine 2 als Koeffizient vor das Wasser-Molekül schreiben, da das bedeutet, dass zwei Wasser-Moleküle entstehen. Du darfst auf keinen Fall den Index ändern, da du sonst das Molekül und damit auch den Stoff verändern würdest!

\(\ce{CH4 + O2 -> CO2 + 2 H2O}\)

Jetzt schauen wir uns noch die Sauerstoff-Atome an. Auf der Eduktseite stehen zwei Sauerstoff-Atome. Auf der Produktseite musst du aufpassen, da im Kohlenstoffdioxid-Molekül und im Wasser-Molekül Sauerstoff-Atome vorkommen. Im Kohlenstoffdioxid-Molekül sind zwei Sauerstoff-Atome gebunden, im Wasser-Molekül eines. Achte aber darauf, dass durch das Ausgleichen im vorherigen Schritt zwei Wasser-Moleküle entstehen. Also kommen wir insgesamt auf vier Sauerstoff-Atome auf der Produktseite. Auf der Eduktseite müssen also zwei ergänzt werden, was du dadurch erreichst, dass du eine zwei als Koeffizient vor dem Sauerstoff-Molekül ergänzt.  

\(\ce{CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O}\)

4. Anzahl der Atome überprüfen

Überprüfe am Ende unbedingt nochmal, ob die Anzahl an Atomen links und rechts identisch ist. Der Index gibt an, wie oft eine Atomsorte in einem Molekül vorkommt. Der Koeffizient gibt an, wie oft ein Molekül vorkommt. Um die Anzahl der Atome also zu berechnen, musst du den Koeffizienten mit dem Index multiplizieren. 

Abb. 2 Anzahl der Atome überprüfen
Atom Edukte Produkte
\(\ce{C}\) \(1\) \(1\)
\(\ce{H}\) \(4\) \(2\cdot 2=4\)
\(\ce{O}\) \(2\cdot 2=4\) \(2 + 2\cdot 1=4\)

Da die Anzahl der Atome auf der Edukt- und Produktseite jeweils übereinstimmen, ist die Reaktionsgleichung fertig. 

Zusammenfassung

Um eine Reaktionsgleichung aufzustellen, musst du zuerst die Wortgleichung aufstellen. Danach ersetzt du alle Stoffnamen durch die Symbolschreibweise. Jetzt wird die Reaktionsgleichung mithilfe von Koeffizienten so angepasst, dass auf der Edukt- und Produktseite der Reaktionsgleichung von jeder Atomsorte gleich viele Atome stehen. Der Index der Moleküle bleibt immer unverändert.

Aufgaben
Aufgabe

Aufgabe 1 (leicht)

Stelle die Reaktionsgleichung für die folgende Reaktion auf:

Wasserstoff reagiert mit Stickstoffmonoxid zu Stickstoff und Wasser.

Lösung

1. Wortgleichung der Reaktion aufstellen

\(\ce{Wasserstoff + Stickstoffmonoxid -> Stickstoff + Wasser}\)

2. Formelgleichung aufstellen

\(\ce{H2 + NO -> N2 + H2O}\)

3. Anzahl der Atome ausgleichen

Auf der linken Seite steht nur ein Stickstoff-Atom, auf der rechten stehen 2. Daher muss vor \(\ce{NO}\) der Koeffizient 2 geschrieben werden.

\(\ce{H2 + 2 NO -> N2 + H2O}\)

Also nächstes gleichen wir die Sauerstoff-Atome aus. Auf der linken Seite stehen 2 Sauerstoff-Atome, auf der rechten nur eins. Vor \(\ce{H2O}\) muss also der Koeffizient 2 geschrieben werden.

\(\ce{H2 + 2 NO -> N2 + 2 H2O}\)

Jetzt müssen noch die Wasserstoff-Atome ausgeglichen werden. Auf der linken Seite stehen 2 Wasserstoff-Atome, auf der rechten Seite stehen \(2\cdot 2 =  4\) Wasserstoff-Atome. Vor \(\ce{H2}\) müssen wir also den Koeffizienten 2 schreiben, da \(2\cdot 2 = 4\).

\(\ce{2 H2 + 2 NO -> N2 + 2 H2O}\)

4. Anzahl der Atome überprüfen
Atom Edukte Produkte
N \(2\) \(2\)
H \(2\cdot 2 = 4\) \(4\cdot 2 =4\)
O \(2\) \(2\)

Da die Anzahl der Atome auf der Edukt- und Produktseite jeweils übereinstimmen, ist die Reaktionsgleichung fertig.

Aufgabe 2 (mittelschwer)

Stelle die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Ethan (\(\ce{C2H6}\)) auf.

Lösung

 

1. Wortgleichung der Reaktion aufstellen

\(\ce{Ethan + Sauerstoff -> Kohlenstoffdioxid + Wasser}\)

2. Formelgleichung aufstellen

\(\ce{C2H6 + O2 -> CO2 + H2O}\)

3. Anzahl der Atome ausgleichen

Die Kohlenstoff-Atome kommen jeweils nur in einem Molekül auf der linken und rechten Seite vor und im Molekül auf der rechten Seite hat das Kohlenstoff-Atom keinen Index. Daher fangen wir damit an. Auf der linken Seite sind 2 Kohlenstoff-Atome, auf der rechten nur eins. Vor \(\ce{CO2}\) muss also der Koeffizient 2 geschrieben werden, damit hier auch 2 Stickstoff-Atome stehen. 

\(\ce{C2H6 + O2 -> 2 CO2 + H2O}\)

Also nächstes gleichen wir die Wasserstoff-Atome aus, da diese auf der linken und rechten Seite auch jeweils nur in einem Molekül vorkommen. Auf der linken Seite stehen 6 Wassertstoff-Atome, auf der rechten 2. Vor \(\ce{H2O}\) muss also der Koeffizient 3 geschrieben werden, da \(3\cdot 2=6\). 

\(\ce{C2H6 + O2 -> 2 CO2 + 3 H2O}\)

Jetzt müssen noch die Sauerstoff-Atome ausgeglichen werden. Auf der linken Seite stehen 2 Sauerstoff-Atome, auf der rechten Seite stehen \(2\cdot 2 + 3 = 7\) Sauerstoff-Atome. Vor \(\ce{O2}\) müssten wir also den Koeffizienten 4,5 schreiben, da \(4,5\cdot 2 = 7\).

\(\ce{C2H6 + 4,5 O2 -> 2 CO2 + 3 H2O}\)

Da es aber keine halben Moleküle gibt, müssen wir die gesamte Reaktionsgleichung noch mit 2 multiplizieren. Achte darauf, dass du wirklich nur die Koeffizienten verdoppelst und die Indizes unverändert bleiben!

\(\ce{2 C2H6 + 7 O2 -> 4 CO2 + 6 H2O}\)

4. Anzahl der Atome überprüfen
Atom Edukte Produkte
C \(2\cdot 2 = 4\) \(4\)
H \(2\cdot 6 = 12\) \(6\cdot 2 =12\)
O \(7\cdot 2 = 14\) \(4\cdot 2+6=14\)

Da die Anzahl der Atome auf der Edukt- und Produktseite jeweils übereinstimmen, ist die Reaktionsgleichung fertig.

Aufgabe 3 (schwer)

Stelle die Reaktionsgleichung für folgende Reaktion auf:

Distickstoffpentaoxid reagiert zu Stickstoffdioxid und Sauerstoff.

Lösung

1. Wortgleichung der Reaktion aufstellen

\(\ce{Distickstoffpentaoxid -> Stickstoffdioxid + Sauerstoff}\)

2. Formelgleichung aufstellen

\(\ce{N2O5 -> NO2 + O2}\)

3. Anzahl der Atome ausgleichen

Da die Sauerstoff-Atome auf der rechten Seite in verschiedenen Molekülen vorkommen, gleichen wir erst die Stickstoff-Atome aus. Auf der linken Seite sind 2 Stickstoff-Atome, auf der rechten nur eins. Vor \(\ce{NO2}\) muss also der Koeffizient 2 geschrieben werden, damit hier auch 2 Stickstoff-Atome stehen. 

\(\ce{N2O5 -> 2 NO2 + O2}\)

Jetzt müssen noch die Sauerstoff-Atome ausgeglichen werden. Auf der linken Seite stehen 5 Sauerstoff-Atome, auf der rechten Seite stehen \(2\cdot 2 + 2=6\) Sauerstoff-Atome. Das heißt auf der linken Seite brauchen wir mehr Sauerstoff-Atome. Um das zu erreichen, können wir vor \(\ce{N2O5}\) den Koeffizienten 2 schreiben. Jetzt müssen wir aber aufpassen, da wir dadurch auch die Anzahl der Stickstoff-Atome verändern und jetzt \(2\cdot 2=4\) Stickstoff-Atome auf der linken Seite haben. Der Koeffizient von \(\ce{NO2}\) muss also auch verdoppelt werden.

\(\ce{2 N2O5 -> 4 NO2 + O2}\)

4. Anzahl der Atome überprüfen
Atom Edukte Produkte
N \(2\cdot 2 = 4\) \(4\)
O \(2\cdot 5 = 10\) \(4\cdot 2 + 2 =10\)

Da die Anzahl der Atome auf der Edukt- und Produktseite jeweils übereinstimmen, ist die Reaktionsgleichung fertig.