Was ist eine chemische Reaktion?

Was ist eine chemische Reaktion?

Stell dir vor, eines Tages wachst du in einer Welt ohne Chemie auf. Dann wäre alles anders und die Welt, wie wir sie kennen, würde es nicht mehr geben! Selbst deinen Körper würde es nicht mehr geben, weil du nur wegen der vielen chemischen Reaktionen in deinem Körper am Leben bist. Auch im Alltag laufen überall chemische Reaktionen ab, vom Anzünden eines Streichholzes bis zum Kochen des Frühstückseis.
Aus dem Schulunterricht kennst du die beiden Naturwissenschaften Physik und Chemie. Daher schauen wir uns erst einmal an, wodurch sich chemische Reaktionen von physikalischen Vorgängen unterscheiden.

Unterschied zwischen physikalischen Vorgängen und chemischen Reaktionen

Physikalische Vorgänge können Stoffeigenschaften wie Farbe und Magnetismus ändern, der Stoff selbst bleibt dabei aber immer der gleiche. So werden Eisenspäne von einem Magneten angezogen. Sie können dabei magnetisiert werden, bestehen jedoch weiterhin aus Eisen. Der Stoff Schwefel zeigt bei Licht eine schöne, leuchtend gelbe Farbe. Sie wird durch eine physikalische Wechselwirkung mit dem Licht verursacht. Würde man das Licht ausschalten, wäre alles schwarz, auch der Schwefel. Der Stoff selbst ändert sich aber nicht.

Woran erkennt man nun eine chemische Reaktion? Bei einer chemischen Reaktion entsteht immer ein neuer Stoff! Erhitzt man beispielsweise eine Mischung aus hellgrauen Eisenspänen mit gelbem Schwefelpulver, dann entsteht ein schwarzes Pulver, das Eisensulfid. Hält man dann einen Magneten über das Eisensulfid, passiert nichts, da es sich nicht magnetisieren lässt wie zuvor die Eisenspäne. Es ist auch nicht hellgrau wie das Eisen und auch nicht gelb wie der Schwefel, sondern schwarz.
Das heißt, aus der chemischen Reaktion von Eisen mit Schwefel ist ein neuer Stoff mit ganz anderen Eigenschaften entstanden. Dieser neue Stoff ist eine chemische Verbindung aus Eisen und Schwefel, eben das Eisensulfid.

Definition der chemischen Reaktion

Bei chemischen Reaktionen reagieren die Ausgangsstoffe – die in der Fachsprache Edukte heißen – miteinander zu neuen Stoffen, die als Produkte bezeichnet werden. Die Produkte haben andere Eigenschaften als die Edukte. Bei chemischen Reaktionen findet somit eine Stoffumwandlung statt.

Darstellung einer chemischen Reaktion

Chemische Reaktionen können schematisch in einer Reaktionsgleichung dargestellt werden. In einer allgemeinen Reaktionsgleichung reagieren die Edukte $A$ und $B$ zum Produkt $C$. Der Reaktionspfeil beschreibt die Richtung einer chemischen Reaktion:

$\ce{A + B -> C}$

Bei unserem Beispiel der chemischen Reaktion von Eisen mit Schwefel kann man die Reaktionsgleichung als Wortgleichung schreiben:

$\ce{Eisen + Schwefel -> Eisensulfid}$

Will man die zugehörige Reaktionsgleichung aufstellen, sieht diese folgendermaßen aus:

$\ce{Fe + S -> FeS}$

Massenerhaltung bei chemischen Reaktionen

Eines der wichtigsten Gesetze bei chemischen Reaktionen ist das Gesetz von der Erhaltung der Masse.
Wir schauen uns dazu die chemische Reaktion von Eisen mit Sauerstoff an. Eisenwolle verbrennt mit dem Sauerstoff aus der Luft zum Produkt Eisenoxid:

$\ce{Eisenwolle + Sauerstoff -> Eisenoxid}$

Das entstandene Eisenoxid ist eine chemische Verbindung aus Eisen und Sauerstoff.
Wenn wir diesen Versuch auf einer Waage machen, dann stellen wir fest, dass die verbrannte Eisenwolle, also das Eisenoxid, mehr wiegt als die eingesetzte Eisenwolle. Der Grund dafür liegt darin, dass beim Verbrennen der Eisenwolle Sauerstoff aus der Luft aufgenommen wurde.

Hätten wir bei der eingesetzten Eisenwolle den unsichtbaren Sauerstoff mitgewogen, dann bliebe die Waage im Gleichgewicht. Bei genauerer Betrachtung stellen wir also fest, dass die Gesamtmasse erhalten bleibt. Denn Eisenwolle und Sauerstoff wiegen zusammen genauso viel wie das Produkt Eisenoxid.

In einem zweiten Versuch verbrennen wir Papier mit Luftsauerstoff zu Asche und Kohlenstoffdioxid:

$\ce{Papier + Sauerstoff -> Asche + Kohlenstoffdioxid}$

Auf einer Waage wiegt dann die entstandene Asche weniger als das eingesetzte Papier. Hätten wir aber das entweichende, unsichtbare Gas Kohlenstoffdioxid beim Wiegen mit berücksichtigt, dann bliebe die Waage im Gleichgewicht. Bei genauerer Betrachtung stellen wir wieder fest, dass die Gesamtmasse erhalten bleibt. Denn die Asche und das Gas Kohlenstoffdioxid zusammen wiegen genauso viel wie das eingesetzte Papier zusammen mit dem Sauerstoff.

Energie bei chemischen Reaktionen

Zu den Merkmalen chemischer Reaktionen gehört auch, dass dabei Energie umgesetzt wird, also ein Energieumsatz stattfindet. Chemische Reaktionen laufen entweder unter Aufnahme von Energie oder unter Abgabe von Energie ab.

Ein Beispiel für eine Reaktion, die Energie aufnimmt – beziehungsweise Energie benötigt, damit sie abläuft – ist das Kochen eines Frühstückseis. Wenn du ein Ei kochst, führst du dem Ei Wärmeenergie zu. Die Struktur der Proteine verändert sich, da neue, kovalente Bindungen zwischen den Proteinen gebildet werden. Da es zu einer Umwandlung des Stoffes kommt, spricht man von einer chemischen Reaktion. Das Eiklar gerinnt zu einer festen Masse und fertig ist das Frühstücksei. Ohne Zufuhr von Wärmeenergie passiert diese chemische Reaktion nicht.

Im Gegensatz dazu wird bei der Verbrennung eines Magnesiumstreifens sehr viel Energie freigesetzt. Ist das Magnesium einmal entzündet, benötigt es keine weitere Energie, um vollständig zu verbrennen. Die chemische Reaktion läuft von selbst ab und gibt bei der Reaktion Energie in Form von Licht und Wärme frei.

Ausblick – das lernst du nach Was ist eine chemische Reaktion?

Beschäftige dich weiter mit chemischen Reaktionen und lerne, wie das Aufstellen einer Reaktionsgleichung funktioniert. Erfahre mehr über das Gesetz von der Erhaltung der Masse und das Gesetz von den konstanten Proportionen.
Entdecke, wie unterschiedliche chemische Reaktionen ablaufen und bereite dich auf aufregende Experimente vor!

Häufig gestellte Fragen zum Thema chemische Reaktion