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Chemische Reaktion
Bei chemischen Reaktionen werden Ausgangsstoffe, die Edukte, unter Abgabe oder Aufnahme von Reaktionswärme in neue Stoffe, die Produkte, umgewandelt. Aus "Stoff a" und "Stoff b" wird zum Beispiel ein neuer "Stoff c" Dies stellt der Chemiker in einem Reaktionsschema dar. In unserem Beispiel reagieren Kupfer und Schwefel zu Kupfersulfid:

Kupfer  +  Schwefel reagiert zu  Kupfersulfid


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Edukte, Reaktionsprozess, Produkt
  
  
Bei der Reaktion selbst wandeln sich chemische Stoffsysteme in neue Stoffsysteme um. Dabei wird entweder Energie frei, dann handelt es sich um eine exotherme Reaktion oder es wird Energie verbraucht, dann liegt eine endotherme Reaktion vor. Der Reaktionsprozess unterliegt einem Zeitfaktor. Die Änderungen, die dabei in einer bestimmten Zeitspanne auftreten, bezeichnet man als Reaktionsgeschwindigkeit. Damit eine chemische Reaktion überhaupt anläuft, ist in der Regel Aktivierungsenergie oder das Vorhandensein eines Katalysators notwendig. 
  
  
Reaktionstypen 
  
Es existieren verschiedene Typen von Reaktionen. Bei Stoffzerlegungen oder Analysen entstehen aus chemischen Verbindungen chemische Elemente oder einfachere Verbindungen. Zu dieser Art von Reaktionen gehören die Reduktionen und in der organischen Chemie die Eliminations-Reaktionen. Die Buchstaben in den Beispielen stehen für Atomsorten (ohne Berücksichtigung der Anzahl): 
  
Wasser reagiert zu  Wasserstoff  +  Sauerstoff 
AB reagiert zu  A  +  B 
  
Kupferacetat reagiert zu  Kupfer  +  Essigsäure 
ABCD reagiert zu   A  +  BCD   

Bei Stoffvereinigungen oder Synthesen entstehen aus chemischen Elementen chemische Verbindungen oder aus Verbindungen höhere Verbindungen. Hierzu zählen die Oxidationen, die Sulfid-Reaktionen und in der organischen Chemie die Additions-Reaktionen. Beispiele: 
  
Kupfer  +  Schwefel   Kupfersulfid 
A  +  B    AB 
  
Kohlenstoffdioxid  +  Wasser reagiert zu  Kohlensäure 
AB  +  CB reagiert zu  ABC   

Bei Stoffumsetzungen werden Atome oder Atomgruppen ausgetauscht, zum Beispiel in der organischen Chemie bei den Substitutions-Reaktionen und in der Anorganik bei den Redoxreaktionen: 
  
Eisenoxid  +  Aluminium reagiert zu  Eisen  +  Aluminiumoxid 
AB  +  C reagiert zu   A  +  BC      


Chemische Gesetze 

Bei chemischen Reaktionen gilt immer das Gesetz der Erhaltung der Masse. Dieses Gesetz wurde von dem französischen Chemiker Antoine Lavoisier (1743-1794) und dem russischen Naturforscher Michail Wassiljewitsch Lomonossow (1711-1765) formuliert: 
  
  
Gesetz der Massenerhaltung 
 
Antoine Lavoisier

"Nichts wird bei den Operationen künstlicher oder natürlicher Art geschaffen, und es kann als Axiom angesehen werden, dass bei jeder Operation eine gleiche Quantität Materie vor und nach der Operation existiert".  
   
Antoine Lavoisier
  
  
 
Dabei berücksichtigten sie allerdings nicht, dass bei einer chemischen Reaktion die Masse auch minimal abnehmen kann, während Energie in die Umgebung abgegeben wird. Dies ist erst seit Albert Einstein bekannt. Der französische Chemiker Joseph Louis Proust (1754-1826) formulierte als erster das Gesetz der konstanten Massenverhältnisse: 
  
  
Gesetz der konstanten Massenverhältnisse
 
Joseph Louis Proust

In einer chemischen Verbindung sind die Atome stets in einem bestimmten Massenverhältnis enthalten. Bei einer chemischen Reaktion reagieren die beteiligten Stoffe stets in typischen, konstanten Massenverhältnissen.
   
Joseph Louis Proust
  
   
  
Der französische Physiker und Chemiker Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) formulierte das Volumengesetz: 
  
  
Volumengesetz nach Gay-Lussac 
 
Jospeh Louis Gay-Lussac
Gase reagieren stets in Volumenverhältnissen kleiner ganzer Zahlen:  
   
H2 und Chlor im Verhältnis 1:1  
H2 und Sauerstoff im Verhältnis 2:1  
H2 und Stickstoff im Verhältnis 3:1
  
   
  
Der Italiener Amedeo Avogadro (1776-1856) stellte auf der Grundlage dieser Erkenntnisse eine Hypothese auf, die als Satz des Avogadro bekannt wurde. Die Satz besagt, dass in einem Liter Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff oder Wasserdampf gleich viele Wasserstoff-, Stickstoff, Sauerstoff- oder Wasser-Moleküle enthalten sind. 

 
Satz des Avogadro
 
Amedeo Avogadro
In einem bestimmten Gasvolumen sind bei gleichen äußeren Bedingungen (Druck, Temperatur) immer gleich viele zählbare Einheiten (Teilchen) enthalten, unabhängig um welches Gas es sich handelt. 
  
   
  
Reaktionsgleichungen aufstellen

Reaktionsgleichungen werden nach der chemischen Zeichensprache in Formelschreibweise angegeben. Dabei gilt: Die Zahl der beteiligten Atome der Ausgangsstoffe entspricht - nach dem Gesetz der Erhaltung der Masse - der Zahl der Atome bei den Produkten. Die Reaktionswärme DHR wird in kJ/mol angegeben. Bei Werten kleiner als Null wird Energie frei. 
  
Wasserstoff  +  Sauerstoff  reagiert zu   Wasser 
2 H2  +  O2 reagiert zu   2 H2O     ΔHR = 572 kJ/mol (exotherm) 
  
Das Ausgleichen der Gleichung und die Berechnung der Massen und Volumina der beteiligten Stoffe erfolgt mit Hilfe der Stöchiometrie. Dabei dürfen die bei einer Reaktionsgleichung verwendeten chemischen Formeln nicht verändert werden. Es dürfen nach dem Gesetz der konstanten Massenverhältnisse beliebig viele Atome oder Atomverbände verwendet werden. Diese Verhältnisse drücken sich in den ganzen Zahlen vor den chemischen Formeln aus. Zur genauen Ausbeuteberechnung von chemischen Reaktionen werden chemische Einheiten wie die Stoffmenge und die molare Masse benötigt. 
  
  
Umkehrbarkeit chemischer Reaktionen 
  
Chemische Reaktionen sind prinzipiell auch umkehrbar. So kann aus Wasser durch eine Elektrolyse wieder Wasserstoff und Sauerstoff gewonnen werden: 
  
Wasser reagiert zu  Wasserstoff  +  Sauerstoff 
2 H2O reagiert zu   2 H2  +  O2     ΔHR = +572 kJ/mol (endotherm) 
  
Der Energieumsatz kehrt sich dabei um: Während bei der exothermen Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff Energie frei wird, benötigt man bei der elektrolytischen Zerlegung von Wasser Energie in Form von elektrischen Strom. Verlaufen chemische Reaktionen dagegen in einem geschlossenen System, stellt sich ein chemisches Gleichgewicht ein, so dass Ausgangsstoffe und Produkte in einem bestimmten Mengenverhältnis gleichzeitig vorliegen.


Weitere Informationen
Aktivierungsenergie
Reaktionswärme, Reaktionsenthalpie
Katalysator
Reaktionsgeschwindigkeit
Chemisches Gleichgewicht
Oxidation
Reduktion

Reaktionsmechanismen in der organischen Chemie
 
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