Was ist der Unterschied zwischen einem chemischen und einem physikalischen Vorgang?

Physikalische Vorgänge: derselbe Stoff, neues Aussehen

Bei einem physikalischen Vorgang ändert sich das Aussehen eines Stoffes, aber seine Teilchen bleiben gleich. Papier zu schneiden, eine Dose zu zerdrücken, ein Gummiband zu dehnen und ein Glas zu zerbrechen sind alles physikalische Vorgänge. Die Stücke sind kleiner oder haben eine andere Form, doch sie sind immer noch Papier, Metall, Gummi und Glas.

Auch Zustandsänderungen sind physikalische Vorgänge. Wenn Eis schmilzt, wird es zu flüssigem Wasser, und wenn Wasser kocht, wird es zu Dampf, doch jedes Molekül ist immer noch H₂O; die Moleküle bewegen sich nur schneller und weiter voneinander entfernt. Trockeneis, also festes Kohlenstoffdioxid, wird bei −78,5 °C direkt zu einem Gas. Das nennt man Sublimation, und das Gas ist immer noch CO₂.

Das Lösen von Zucker oder Salz in Wasser wird meist als physikalischer Vorgang betrachtet, weil man den Feststoff zurückbekommt, wenn man das Wasser verdunsten lässt.

Chemische Vorgänge: etwas Neues entsteht

Bei einem chemischen Vorgang brechen die Bindungen zwischen den Atomen der Ausgangsstoffe auf, und die Atome verbinden sich in neuen Kombinationen. Das Ergebnis sind ein oder mehrere neue Stoffe mit neuen Eigenschaften. Die Atome selbst werden nicht zerstört; sie werden nur umgeordnet.

Holz zu verbrennen, Eisen rosten zu lassen, ein Ei zu kochen, einen Kuchen zu backen, Milch sauer werden zu lassen und Essen zu verdauen sind alles chemische Vorgänge. Wenn Eisen rostet, werden graues Metall und Sauerstoffgas zu einem bröckeligen rotbraunen Feststoff: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃. Wenn Erdgas auf dem Herd verbrennt, werden Methan und Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O.

Anzeichen für einen chemischen Vorgang

Du kannst nicht sehen, wie sich Atome umordnen, aber du kannst nach Hinweisen suchen. Die fünf häufigsten Anzeichen sind eine Farbänderung, die nicht einfach vom Mischen von Farben herrührt, die Bildung eines Gases (Blasen oder Sprudeln), ein Feststoff, der beim Mischen zweier Flüssigkeiten entsteht (ein Niederschlag), eine Temperaturänderung und abgegebenes Licht. Auch ein neuer Geruch kann ein Hinweis sein.

Natron und Essig zu mischen zeigt gleich zwei Anzeichen: Es sprudelt, weil sich Kohlenstoffdioxidgas bildet, und das Gemisch wird etwas kälter. Die Gleichung lautet NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂. Eine brennende Kerze gibt Wärme und Licht ab, und ein aufgeschnittener Apfel wird braun, weil er mit dem Sauerstoff in der Luft reagiert.

Hinweise können in die Irre führen

Die Anzeichen sind Hinweise, kein Beweis. Kochendes Wasser bildet Blasen, doch die Blasen sind nur Wasserdampf, daher ist Kochen ein physikalischer Vorgang. Blaue und gelbe Farbe zu mischen ergibt Grün, doch die Farben sind nur gemischt und nicht in einen neuen Stoff verwandelt. Eine glühende Glühbirne gibt Licht und Wärme ab, doch die Birne wird nicht zu etwas Neuem.

Um sicher zu entscheiden, frage, ob ein neuer Stoff mit einer anderen chemischen Formel entstanden ist. Auch ob sich ein Vorgang leicht umkehren lässt, ist ein nützlicher Hinweis: Geschmolzenes Eis gefriert wieder, doch ein verbranntes Streichholz kann nicht wieder zu einem Streichholz werden. Nicht jeder physikalische Vorgang lässt sich jedoch leicht rückgängig machen, denn ein zerbrochener Teller bleibt zerbrochen.

Vergleiche nebeneinander

Der Vergleich von Paaren macht den Unterschied klar. Butter zu schmelzen ist physikalisch, doch Toast zu verbrennen ist chemisch. Wasser zu kochen ist physikalisch, doch Strom durch Wasser zu leiten, um es in Wasserstoff- und Sauerstoffgas zu spalten, ist chemisch: 2H₂O → 2H₂ + O₂. Ein Blatt Papier zu zerreißen ist physikalisch, doch es anzuzünden ist chemisch.

Chemiker sprechen auch von physikalischen und chemischen Eigenschaften. Physikalische Eigenschaften wie Farbe, Dichte und Schmelzpunkt lassen sich beobachten, ohne den Stoff zu verändern. Chemische Eigenschaften, etwa ob etwas brennt oder mit einer Säure reagiert, zeigen sich nur, wenn ein chemischer Vorgang stattfindet.