Kennzeichen chemischer Reaktionen: Stoffumwandlung und Energie

Einstieg: Kerze schmelzen oder Kerze verbrennen?

Eine brennende Kerze wird kleiner. Ein Teil des Wachses schmilzt und läuft am Rand herunter. Dieses Wachs kannst du wieder abkratzen, es ist immer noch Wachs. Der Rest des Wachses verschwindet aber im Docht und kommt nicht wieder. Was passiert mit diesem Wachs? In beiden Fällen verändert sich etwas, aber nur in einem Fall entsteht ein neuer Stoff.

Erklärung: Was ist eine chemische Reaktion?

Bei einer chemischen Reaktion werden Stoffe in andere Stoffe umgewandelt. Die Stoffe, die man einsetzt, heißen Ausgangsstoffe oder Edukte. Die Stoffe, die entstehen, heißen Reaktionsprodukte oder Produkte. Nach der Reaktion liegen die Ausgangsstoffe so nicht mehr vor, dafür gibt es neue Stoffe mit neuen Eigenschaften.

Wenn Wachs schmilzt, bleibt es Wachs. Das ist eine Aggregatzustandsänderung, keine chemische Reaktion. Wenn Wachs verbrennt, entstehen Kohlenstoffdioxid und Wasser. Das ist eine chemische Reaktion.

Eine chemische Reaktion erkennst du an zwei Kennzeichen:

1. Stoffumwandlung: Es entstehen neue Stoffe mit anderen Eigenschaften, zum Beispiel einer anderen Farbe, Löslichkeit oder Leitfähigkeit.
2. Energieumsatz: Jede chemische Reaktion ist mit einem Energieumsatz verbunden. Oft wird Wärme oder Licht abgegeben, manchmal wird Wärme aufgenommen.

Ein Farbwechsel oder ein Aufschäumen ist ein Hinweis, aber noch kein Beweis. Entscheidend ist, dass ein neuer Stoff entstanden ist. Das prüfst du, indem du Eigenschaften vorher und nachher vergleichst.

Die Wortgleichung

Eine chemische Reaktion beschreibt man kurz mit einer Wortgleichung. Links stehen die Ausgangsstoffe, rechts die Produkte, dazwischen ein Reaktionspfeil. Der Pfeil bedeutet „reagiert zu“, nicht „ist gleich“.

$\text{Kupfer} + \text{Sauerstoff} \longrightarrow \text{Kupferoxid}$

Versuch: Der Kupferbrief

Material: Kupferblech (etwa 4 cm × 8 cm), Tiegelzange, Gasbrenner, feuerfeste Unterlage, Schutzbrille.

Durchführung: Falte das Kupferblech einmal in der Mitte zu einem „Brief“ und drücke die Kanten fest zusammen. Halte den Brief mit der Tiegelzange etwa eine Minute in die rauschende Brennerflamme. Lass ihn auf der Unterlage abkühlen und öffne ihn dann.

Beobachtung: Außen ist das Blech schwarz geworden. Innen glänzt es weiterhin rötlich wie vorher. Die schwarze Schicht lässt sich abkratzen und ist spröde.

Auswertung: Außen hatte das heiße Kupfer Kontakt mit dem Sauerstoff der Luft, innen kaum. Nur dort, wo Sauerstoff war, ist ein neuer, schwarzer Stoff entstanden: Kupferoxid. Die Hitze allein reicht also nicht. Kupfer hat mit Sauerstoff reagiert.

Sicherheit: Schutzbrille, lange Haare zusammenbinden, das heiße Blech nur mit der Zange anfassen.

Beispiele

Beispiel 1: Reaktion oder nicht?

Vorgang	neuer Stoff?	Einordnung
Zucker löst sich in Tee	nein, beim Eindampfen bleibt Zucker zurück	Lösen, keine Reaktion
Zucker wird in der Pfanne schwarz	ja, schwarze Kohle, Wasser und weitere Stoffe	chemische Reaktion
Eis schmilzt	nein, es bleibt Wasser	Aggregatzustandsänderung
Ein Eisennagel rostet	ja, brauner Rost mit anderen Eigenschaften	chemische Reaktion
Holz brennt	ja, Asche, Kohlenstoffdioxid, Wasser	chemische Reaktion

Beispiel 2: Eisen und Schwefel

Die Lehrkraft erhitzt im Abzug ein Gemisch aus Eisenpulver und Schwefelpulver in einem Reagenzglas. An einer Stelle beginnt das Gemisch zu glühen. Das Glühen wandert durch das ganze Gemisch, obwohl der Brenner schon entfernt ist. Danach liegt ein grauschwarzer, spröder Feststoff vor.

• Vor der Reaktion: Das Eisen ließ sich mit einem Magneten aus dem Gemisch herausziehen. Der gelbe Schwefel war sichtbar.
• Nach der Reaktion: Der neue Stoff wird vom Magneten kaum angezogen, gelbe Schwefelkörnchen sind nicht mehr zu sehen.

Es ist ein neuer Stoff entstanden: Eisensulfid. Das selbstständige Weiterglühen zeigt, dass bei der Reaktion Energie frei wird.

$\text{Eisen} + \text{Schwefel} \longrightarrow \text{Eisensulfid}$

Merksatz

Bei einer chemischen Reaktion entstehen aus Ausgangsstoffen (Edukten) neue Stoffe (Produkte) mit neuen Eigenschaften. Jede chemische Reaktion ist mit einem Energieumsatz verbunden. Aggregatzustandsänderungen und Lösevorgänge sind keine chemischen Reaktionen, weil dabei kein neuer Stoff entsteht.

Übungen

Grundlagen

1. Nenne die beiden Kennzeichen einer chemischen Reaktion.
2. Entscheide, ob eine chemische Reaktion vorliegt: a) Ein Ei wird gekocht. b) Schokolade schmilzt in der Sonne. c) Brot wird im Toaster braun. d) Salz löst sich in Wasser.
3. Schreibe die Wortgleichung für die Verbrennung von Kohlenstoff in Sauerstoff. Es entsteht Kohlenstoffdioxid.

Weiter

4. Erkläre, warum das Kupferblech beim Kupferbrief innen nicht schwarz wird.
5. Beschreibe, wie du nachweisen kannst, dass beim Erhitzen von Eisen und Schwefel ein neuer Stoff entstanden ist.
6. Übersetze in Fachsprache: „Beim Grillen wird die Kohle zu Asche und verschwindet.“

Knobeln

7. Jonas behauptet: „Die schwarze Schicht auf dem Kupferblech ist nur Ruß aus der Brennerflamme.“ Plane einen Versuch, mit dem du diese Vermutung überprüfst.
8. Beim Mischen von Zitronensäure und Natron in Wasser schäumt es. Reicht das Schäumen als Beweis für eine chemische Reaktion? Begründe.

Lösungen

1. Stoffumwandlung (neue Stoffe mit neuen Eigenschaften) und Energieumsatz.
2. a) Ja, das Eiweiß verändert sich dauerhaft und wird fest. b) Nein, Aggregatzustandsänderung. c) Ja, es entstehen neue, braune Stoffe. d) Nein, Lösevorgang.
3. Kohlenstoff + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid.
4. Innen war das Kupfer von der Luft abgeschlossen. Ohne Sauerstoff kann kein Kupferoxid entstehen.
5. Eigenschaften vorher und nachher vergleichen: Vorher wird Eisen vom Magneten angezogen und gelber Schwefel ist sichtbar, nachher wird der Stoff kaum angezogen, ist grauschwarz und spröde.
6. „Die Holzkohle reagiert mit dem Sauerstoff der Luft. Dabei entstehen das Gas Kohlenstoffdioxid und Asche. Die Kohle verschwindet nicht, sie wird in andere Stoffe umgewandelt.“
7. Ein Kupferblech in einer Flamme erhitzen, die nicht rußt (rauschende, blaue Flamme), und ein zweites Blech erhitzen, das nicht in die Flamme kommt, zum Beispiel auf einer Heizplatte. Wird auch dieses schwarz, kann es kein Ruß aus der Flamme sein.
8. Nein. Schäumen zeigt nur, dass ein Gas frei wird. Erst wenn nachgewiesen wird, dass ein neuer Stoff entstanden ist, zum Beispiel Kohlenstoffdioxid mit Kalkwasser, ist die Reaktion belegt. Die Abkühlung der Lösung ist ein zweiter Hinweis.