Auf dem Weg zum Reaktionsschema (2)
Gehe folgende 7 Schritte durch:
1. Überlege, welche Stoffe bei der Reaktion bekannt sind.
Sind es Edukte (Ausgangsstoffe) oder Reaktionsprodukte?
Beispiele:
- Es soll Aluminiumoxid synthetisiert (hergestellt) werden.
In diesem Fall ist das Reaktionsprodukt bekannt (rechte Seite des Reaktionsschemas) und du musst schlussfolgern, dass man für die Synthese dieses Stoffes die Elemente Aluminium und Sauerstoff braucht (Oxide sind Verbindungen, die durch eine Reaktion mit Sauerstoff entstanden sind). - Aluminium reagiert mit Sauerstoff.
In diesem Fall sind die Edukte bekannt, jedoch nicht das Reaktionsprodukt. Zum Aufstellen des Reaktionsschemas musst du wissen, das das Reaktionsprodukt bei einer Oxidation (Reaktion mit Sauerstoff) mit allgemeinem Namen Oxid heißt. Also muss Aluminiumoxid entstehen.
- Es soll Aluminiumoxid synthetisiert (hergestellt) werden.
2. Stelle das Reaktionsschema in Worten auf
Aluminium + Sauerstoff → Aluminiumoxid / exotherm
Bei der Entscheidung, ob eine Reaktion in ihrer Bilanz (Aktivierungsenergie / frei werdende Energie) exotherm oder endotherm ist, hilft dir in der Regel das Beobachten während der Reaktion (Licht? Wärme? Explosion?). In diesem Fall brauchst du das nicht, denn Oxidationen sind – bis auf Spezialfälle – immer exotherm.
3. Schreibe nun die Symbole unter die Namen
Aluminium + Sauerstoff → Aluminiumoxid / exotherm
Al + O → Al O / exotherm
Da Aluminiumoxid eine Verbindung ist, werden die Symbole hintereinander geschrieben, schließlich sind die Teilchen ja aneinander gebunden (lass etwas Platz, denn vielleicht kommen noch Indexzahlen hinzu). Bei Oxiden wird das „O“ immer ans Ende gesetzt.
4. Überlege, ob es in dem Reaktionsschema Stoffe gibt, die molekular vorkommen
Aluminium + Sauerstoff → Aluminiumoxid / exotherm
Al + O2 → Al O / exotherm
Sauerstoff (als Bestandteil der Luft) kommt molekular vor.
5. Jetzt musst du herausfinden, wie die genaue Zusammensetzung des Reaktionsproduktes ist
Dazu brauchst du das PSE (Periodensystem der Elemente) oder eine Liste mit den so genannten Wertigkeiten bzw. „Bindigkeiten“ (alter Begriff).
Bei den Metallen der Hauptgruppen entspricht die jeweilige Hauptgruppenzahl der Wertigkeit des Metalls. Für die Nichtmetalle gibt es folgende Regel: Zähle von der Hauptgruppenzahl bis acht, dann hast du die Wertigkeit. Beispiel: Sauerstoff steht in der VI. Hauptgruppe. Von 6 bis 8 sind 2. Also ist die Wertigkeit von Sauerstoff 2. Von Helium ist die Wertigkeit 0 – muss ja auch, denn Helium ist ein Edelgas und reagiert unter normalen Bedingungen nicht mit anderen Stoffen. Allerdings muss man bei dieser Regel beachten, dass die Elemente der IV., V. und VI. Hauptgruppe auch andere Wertigkeiten besitzen können (siehe Tabelle der Wertigkeiten). Auch bei den so genannten Nebengruppen-Elementen gibt es verschiedene Möglichkeiten. Eisen z.B. kann 2- oder 3-wertig sein. Dementsprechend gibt es z.B. Eisen(II)-chlorid und Eisen(III)-chlorid. Merke dir auch: Die Halogene sind alle einwertig!
Aluminium + Sauerstoff → Aluminiumoxid / exotherm
III II
Al + O2 → Al O / exotherm
Bilde nun das kleinste gemeinsame Vielfache der beiden Wertigkeiten. Das ist 6! An die Symbole in der Verbindung werden als tief gestellte kleine Zahlen (Indexzahlen) die Zahlen notiert, die mit der entsprechenden Wertigkeit das kleinste gemeinsame Vielfache ergibt. In diesem Fall also:
Aluminium + Sauerstoff → Aluminiumoxid / exotherm
III II
Al + O2 → Al2O3 / exotherm
Die Indexzahl bezieht sich immer nur auf das Symbol direkt vor dieser Zahl!
6. Für die Ionenformelschreibweise überlegt man sich folgendes:
Alle Elemente die links von der Kohlenstoff-Hauptgruppe stehen sind Metalle. Sie geben gerne Elektronen ab, um die Edelgaskonfiguration zu erhalten (alle Schalen bzw. Kugelwolken sind mit Elektronen voll besetzt). Rechts von der Kohlenstoff-Hauptgruppe stehen die Nichtmetalle, die gerne Elektronen aufnehmen um die Edelgaskonfiguration zu erhalten. Gibt ein Atom eines Metalls Elektronen ab, so entsteht das entsprechende positive Ion (Kation), da es nun mehr Protonen als Elektronen im Atom hat. Nimmt ein Atom eines Nichtmetalls Elektronen auf, so entsteht das entsprechende Nichtmetall-Ion, das negativ geladen ist (Anion).
Wie viel Elektronen aufgenommen oder abgegeben werden hängt von der Stellung im PSE ab (Anzahl der Valenzelektronen). Im Prinzip entspricht die Wertigkeit eines Elementes der Anzahl an Elektronen, die aufgenommen bzw. abgegeben werden.
Aluminium + Sauerstoff → Aluminiumoxid / exotherm
Al + O2 → Al23+ O32- / exotherm
Die kleinste Baueinheit der Verbindung Aluminiumoxid besteht also aus zwei Aluminium-Ionen, die jeweils 3-fach positiv geladen sind, und drei Sauerstoff-Ionen, die jeweils 2-fach negativ geladen sind.
7. „Ausgleichen“
Nach dem Gesetzt von der Erhaltung der Masse geht bei einer chemischen Reaktion in einem geschlossenen System kein Teilchen verloren. Es findet „lediglich“ eine Umordnung und oft eine Ladungsveränderung der Teilchen statt. Daher ist es an dieser Stelle auch besser von Teilchen zu sprechen und nicht von Atomen oder Ionen. Die Anzahl der Teilchen auf der linken Seite muss also gleich der Anzahl auf der rechten Seite des Reaktionsschemas sein.
In unserem Beispiel ist das die 3!
Aluminium + Sauerstoff → Aluminiumoxid / exotherm
Al + O2 → Al23+O32- / exotherm
Auf der rechten Seite des Reaktionsschemas sind also 3 Sauerstoff-Teilchen und auf der linken Seite nur 2. Das kleinste gemeinsame Vielfache von 2 und 3 ist 6. Es müssen 6 Sauerstoff-Teilchen links und 6 Sauerstoff-Teilchen rechts sein. Dazu wird das linke Sauerstoff-Molekül mit 3 multipliziert und die Aluminiumoxid-Baueinheit mit 2:
Aluminium + Sauerstoff → Aluminiumoxid / exotherm
Al + 3 O2 → 2 Al23+O32- / exotherm
Zum Schluss müssen wir noch die Anzahl der Aluminium-Teilchen ausgleichen. Auf der rechten Seite befinden sich 4 Aluminium-Teilchen (2x2):
Aluminium + Sauerstoff → Aluminiumoxid / exotherm
4 Al + 3 O2 → 2 Al23+O32- / exotherm
