Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

2.8: Chemische Reaktionen
INHALTSVERZEICHNIS

 

PROTOKOLLE

2.8: Chemische Reaktionen

Überblick

Eine chemische Reaktion ist ein Prozess, bei dem die Bindungen in den Atomen von Verbindungen oder Molekülen neu angeordnet werden. So entstehen neue Substanzen bzw. Verbindungen. Materie kann in einer chemischen Reaktion weder erzeugt noch zerstört werden. Die gleiche Art und Anzahl von Atomen, aus denen die Reaktionspartner bzw. Edukte bestehen, sind in den Produkten weiterhin vorhanden. Lediglich die Umordnung chemischer Bindungen erzeugt neue Stoffe.

Chemische Reaktionen ordnen Atome in neue Stoffe um

Eine chemische Reaktion nimmt Ausgangsstoffe Mischungen (Edukte) und wandelt sie in neue Stoffe um. Die entstandenen Stoffe oder Verbindungen nennt man Produkte. Die Eigenschaften der Elemente sind auf beiden Seiten der Gleichung gleich, werden aber nach der Reaktion in verschiedenen neuen Stoffen angeordnet. Bei chemischen Reaktionen werden die Bindungen zwischen den Atomen aufgebrochen und neu gebildet. Das bedeutet, dass die gemeinsamen Elektronen zwischen den Atomen neu angeordnet werden. Die Reaktionen können spontan stattfinden oder nur in Gegenwart einer Energiequelle, wie z.B. Wärme oder Licht, stattfinden. Zusätzlich können Makromoleküle als Enzyme bzw. Katalysatoren wirken, die chemische Reaktionen stark beschleunigen. Die meisten biologischen Reaktionen würden ohne Enzyme viel zu lange dauern.

Chemische Reaktionen können permanent oder reversibel sein

Einige Reaktionen verlaufen irreversibel, bis alle Edukte verbraucht sind. Andere Reaktionen sind hingegen reversibel, wobei die Produkte bei veränderten Bedingungen wieder in die Edukte umgewandelt werden können. Bestimmte Arten von chemischen Reaktionen, wie z.B. Verbrennungsreaktionen oder Fällungsreaktionen, die aus zwei gelösten Stoffen ein festes Produkt bilden, verlaufen typischerweise nur in einer Richtung. Ein Beispiel für eine irreversible Reaktion ist die Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Brennstoff in Gegenwart von atmosphärischem Sauerstoff. Bei dieser Reaktion entstehen Wärme- und Lichtenergie, sowie Kohlendioxid und Wasser. Andere Reaktionen laufen in beide Richtungen ab, bis die Edukte und Produkte im Gleichgewicht sind. Der Punkt, an dem es keine Netto-Veränderung der Edukte oder Produkte mehr gibt.

Das Gesetz zur Erhaltung von Materie und der chemischen Gleichungen im Gleichgewicht

Bei einer chemischen Reaktion kann keine Materie entstehen oder zerstört werden. Dieses Prinzip ist als das Gesetz der Erhaltung von Materie bekannt. Entstandene Produkte enthalten jedoch oft andere Atomverhältnisse als Edukte. Eine ausgewogene chemische Gleichung berücksichtigt alle Atome auf beiden Seiten der Gleichung. Koeffizienten werden zu den Produkten und Edukten hinzugefügt, bis die Gesamtzahl jeder Atomart auf beiden Seiten der Gleichung gleich ist. Ein Koeffizient gilt für alle Atome in einer Verbindung, so wie ein mathematischer Koeffizient für alle Variablen in einer parenthetischen Aussage gilt. Zum Beispiel sieht die Reaktion, die aus Wasserstoff und Sauerstoffgasen Wasser erzeugt, wie folgt aus:

H2 + O2 → H2O

< p>In dieser unausgeglichenen Gleichung befinden sich auf jeder Seite zwei Wasserstoffatome, die Zahl der Sauerstoffatome ist jedoch ungleich. Um die Gleichung auszugleichen, werden Koeffizienten addiert, so dass auf beiden Seiten gleich viele Wasserstoff -und Sauerstoffatome vorhanden sind:

2H2 + O2 → 2H2O

In der ausgeglichenen Gleichung befinden sich insgesamt vier Wasserstoff -und zwei Sauerstoffatome auf jeder Seite der Gleichung.

Chemische Reaktionen von Leistungszellen

Zwei wichtige Prozesse, die das Leben auf der Erde antreiben, sind die Fotosynthese, bei der Sonnenlicht in den Sechs-Kohlenstoff-Zucker Glucose umwandelt, und die Zellatmung. Bei dieser wird die Glucose in nutzbare Energie umgewandelt. Diese beiden essenziellen Reaktionen sind in ihrem Kern ein Paar sich ergänzender chemischer Reaktionen. Fotosynthetische Organismen nutzen die Energie des Sonnenlichts, um Kohlendioxid und Wasser in Zucker und molekularen Sauerstoff umzuwandeln. Die Zellatmung wird dann von allen aeroben Organismen genutzt, um diesen Zucker aufzuspalten. Dabei ist es irrelevant, ob sie ihn hergestellt oder verbraucht haben. In der Gegenwart von Sauerstoff wird hier Energie für alle grundlegenden Bedürfnisse gewonnen.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter