Wie gleichst du eine chemische Gleichung aus?
Eine chemische Gleichung auszugleichen bedeutet, dafür zu sorgen, dass auf beiden Seiten des Pfeils von jedem Element gleich viele Atome stehen. Dazu setzt du ganzzahlige Koeffizienten vor die Formeln, niemals durch Ändern der Indizes. Zum Beispiel bilden Wasserstoff und Sauerstoff Wasser in der ausgeglichenen Gleichung 2H₂ + O₂ → 2H₂O.
Warum Gleichungen ausgeglichen sein müssen
Eine chemische Gleichung ist eine kurze Art, eine Reaktion zu beschreiben. Die Ausgangsstoffe, die Edukte, stehen links, und die neuen Stoffe, die Produkte, stehen rechts. Der Pfeil bedeutet „reagieren zu“.
Bei einer Reaktion werden Atome weder erzeugt noch zerstört; sie tauschen nur die Partner. Das ist das Gesetz der Massenerhaltung, das der französische Chemiker Antoine Lavoisier Ende des 18. Jahrhunderts mit sorgfältigen Experimenten nachwies. Jedes Atom auf der linken Seite muss rechts noch vorhanden sein, daher bleiben die Anzahl der Atome jedes Elements und die Gesamtmasse gleich.
Die goldene Regel: Koeffizienten ändern, nicht Indizes
Ein Koeffizient ist eine Zahl vor einer Formel. Er sagt dir, wie viele Moleküle oder Einheiten dieses Stoffes beteiligt sind, daher ändert eine Änderung einfach, wie viel von dem Stoff vorhanden ist.
Einen Index zu ändern ist nie erlaubt, weil dadurch der Stoff zu etwas anderem wird. H₂O ist Wasser, aber H₂O₂ ist Wasserstoffperoxid, eine völlig andere Chemikalie.
Eine Methode Schritt für Schritt
Schritt 1: Schreibe die richtigen Formeln für alle Edukte und Produkte auf. Schritt 2: Zähle die Atome jedes Elements auf beiden Seiten. Schritt 3: Füge Koeffizienten hinzu, um jeweils ein Element auszugleichen. Beginne mit einem Element, das auf jeder Seite nur in einem Stoff vorkommt. Oft hilft es, alleinstehende Elemente wie O₂ oder Fe zuletzt anzupassen, weil das Ändern ihrer Koeffizienten kein anderes Element durcheinanderbringt. Schritt 4: Zähle jedes Element noch einmal. Schritt 5: Achte darauf, dass die Koeffizienten die kleinstmöglichen ganzen Zahlen sind.
Beispiel 1: Wasser herstellen
Beginne mit H₂ + O₂ → H₂O. Die linke Seite hat 2 H- und 2 O-Atome, die rechte Seite aber 2 H und nur 1 O. Setze eine 2 vor H₂O, um rechts 2 Sauerstoffatome zu erhalten: H₂ + O₂ → 2H₂O.
Nun hat die rechte Seite 4 H, die linke aber nur 2, also setze eine 2 vor H₂: 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Probe: 4 H und 2 O auf jeder Seite. Sie ist ausgeglichen.
Auch die Massen stimmen überein. Zwei Mol H₂ (4,032 g) plus ein Mol O₂ (31,998 g) ergeben 36,030 g, genau die Masse von zwei Mol H₂O (2 × 18,015 = 36,030 g).
Beispiel 2: Methan verbrennen
Methan, CH₄, ist der Hauptbestandteil von Erdgas. Wenn es verbrennt, reagiert es mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser: CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O.
Kohlenstoff ist bereits ausgeglichen, mit 1 Atom auf jeder Seite. Wasserstoff nicht: Links sind es 4 und rechts 2, also schreibe 2H₂O. Zähle nun den Sauerstoff rechts: 2 in CO₂ plus 2 in 2H₂O ergibt 4. Um links 4 Sauerstoffatome zu erhalten, schreibe 2O₂. Die ausgeglichene Gleichung lautet CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O, mit 1 C, 4 H und 4 O auf jeder Seite.
Beispiel 3: Eisen rostet
Eisen reagiert mit Sauerstoff zu Eisen(III)-oxid: Fe + O₂ → Fe₂O₃. Echter Rost enthält auch Wasser, doch diese einfachere Gleichung zeigt die Hauptreaktion.
Beide Edukte sind hier alleinstehende Elemente, also beginne mit dem kniffligeren, dem Sauerstoff: O₂ hat 2 Sauerstoffatome und Fe₂O₃ hat 3. Die kleinste Zahl, durch die sich sowohl 2 als auch 3 teilen lassen, ist 6, also schreibe 3O₂ (6 Sauerstoffatome) und 2Fe₂O₃ (6 Sauerstoffatome). Die rechte Seite hat nun 2 × 2 = 4 Eisenatome, also schreibe links 4Fe. Die ausgeglichene Gleichung lautet 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃, mit 4 Fe und 6 O auf jeder Seite.
Wichtigste Punkte
- Eine ausgeglichene Gleichung hat auf beiden Seiten des Pfeils von jedem Element gleich viele Atome.
- Atome werden umgeordnet, nicht erzeugt oder zerstört, daher bleibt bei jeder Reaktion die Masse erhalten.
- Gleiche eine Gleichung nur durch Ändern der Koeffizienten aus, denn das Ändern eines Index verändert den Stoff.
- Gleiche ein Element nach dem anderen aus, lass alleinstehende Elemente wie O₂ und Fe meist für den Schluss und zähle dann alles noch einmal.
- Drei ausgeglichene Beispiele: 2H₂ + O₂ → 2H₂O, CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O und 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃.
Teste dich selbst
Drei kurze Fragen zu dieser Lektion.
1. Was darfst du ändern, wenn du eine chemische Gleichung ausgleichst?
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Die Koeffizienten vor den Formeln — Nur Koeffizienten dürfen geändert werden, denn das Ändern eines Index würde einen Stoff in einen anderen verwandeln.2. Welcher Koeffizient steht in der ausgeglichenen Gleichung für die Verbrennung von Methan vor O₂?
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2 — Die Produkte enthalten 4 Sauerstoffatome (2 in CO₂ und 2 in 2H₂O), daher braucht man links 2O₂.3. Wie viele Sauerstoffatome stehen auf jeder Seite von 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃?