Inhaltsverzeichnis
[Anzeigen]
[Verbergen]
Die chemische Reaktion
Die Zersetzung von Wasser
Möchte man Wasser zersetzen, verwendet man den sogenannten Hoffmann´schen Zersetzungsapparat (siehe Abbildung rechts).
Nach Anlegen einer Gleichspannung an den Apparat kann man beobachten, wie Gasbläschen an den Elektroden aufsteigen. Außerdem entsteht am Minuspol die doppelte Gasmenge gegenüber dem Pluspol.
Dies lässt sich dadurch erklären, dass beim Anlegen der Spannung der Reinstoff Wasser in zwei neue Reinstoffe mit neuen Eigenschaften zerlegt bzw. zersetzt wird.
Nachweisreaktionen
Kathode (Minuspol): Das Gas im Kathodenraum wird durch die positive Knallgasprobe als Wasserstoffgas nachgewiesen.
Anode (Pluspol): Das Gas im Anodenraum wird durch die positive Glimmspanprobe als Sauerstoffgas nachgewiesen.
Reaktionsgleichung
Die Zersetzung des Wassers kann man auch als Reaktionsgleichung darstellen. Hierfür steht auf der linken Seite das Wasser, das der Ausgangsstoff ist (Edukt), und auf der rechten Seite der Wasserstoff und der Sauerstoff, die zusammen die Produkte dieser Reaktion darstellen:
$$ \mathrm{H_2O \: \rightarrow \: H_2 \: + \: O_2} $$
(Achtung: Diese Reaktionsgleichung ist nicht vollständig; die vollständige Reaktionsgleichung kann
hier betrachtet werden)
Die Zersetzung folgt hierbei durch Zufuhr von elektrischer Energie.
Man unterscheidet:
- Reinstoffe, die sich chemisch weiter zerlegen lassen, heißen Verbindungen.
- Reinstoffe, die sich chemisch nicht weiter zerlegen lassen, heißen Elemente.
Typen von Reaktionen
Analyse und Synthese
Allgemein: Eine Verbindung lässt sich durch chemische Reaktionen in ihre Elemente zerlegen. Diesen Vorgang nennt man Analyse. Die Bildung einer Verbindung mit mehreren Elementen wird als Synthese bezeichnet.
Prinzipiell sind alle chemischen Reaktionen umkehrbar. Dies kann man gut an der Knallgasprobe erkennen. Während beim Hoffmann´schen Zersetzungsapparat das Wasser zerlegt wird, wird hier der Wasserstoff mit dem Sauerstoff zu Wasser synthetisiert.
$$ \mathrm{Wasserstoff \: + \: Sauerstoff \: \rightarrow \: Wasser} $$
Umsetzung
Neben der Analyse und der Synthese gibt es noch die Reaktionsform der Umsetzung. Hier wird ein Element 1 mit einer Verbindung 1 zu einem Element 2 und einer Verbindung 2 umgesetzt.
$$ \mathrm{Element\,1 \: + \: Verbindung\,1 \: \rightarrow \: Element\,2 \:+\: Verbindung\,2} $$
Was damit genau gemeint ist, kann man an folgender Reaktionsgleichung gut erkennen: Magnesium (Element 1) reagiert mit Wasser (Verbindung 1). Als Produkte erhält man Wasserstoff (Element 2) und Magnesiumoxid (Verbindung 2).
$$ \mathrm{Magnesium \: + \: Wasser \: \rightarrow \: Wasserstoff \:+\: Magnesiumoxid} $$
Energetische Betrachtung von Reaktionen
Allgemeines
Ein weiterer wichtiger Aspekt bei Reaktionen ist, ob die Reaktion Energie benötigt oder ob dabei Energie frei wird. Es gibt folgende Möglichkeiten:
- Reaktionen, die nur ablaufen, wenn ständig genug Energie zugeführt wird, nennt man endotherme Reaktionen.
- Reaktionen, bei denen ein Zündfunke reicht und dann Energie freigesetzt wird, nennt man exotherme Reaktionen.
- Umsetzungen können entweder endotherm oder exotherm verlaufen.
Betrachtet man nochmals die oben bereits besprochenen Reaktionen, kann man einen wichtigen Unterschied feststellen. Stellt man die Zufuhr der elektrischen Energie ab, bilden sich keine Gase mehr. Die Analyse von Wasser ist damit endotherm. Bei der Knallgasprobe – also der Synthese von Wasser – reicht ein Funke aus, dass der Wasserstoff mit dem Sauerstoff reagiert.
Beispiele aus der Biologie
Bei der Zellatmung gewinnen wir in einer exothermen Reaktion Energie, indem wir Traubenzucker und Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser „verarbeiten“. Die Umkehrung hiervon, die Photosynthese, verläuft dagegen endotherm.