Ein Großteil der Zeit im Chemieunterricht verbringt man dabei, Formel bzw. Gleichungen für chemische Reaktionen “aufzustellen”. Dabei werden bei einer grundlegenden chemischen Reaktionen Ausgangsstoffe (auch als Edukte bezeichnet), unter Abgabe oder Aufnahme von Energie in neue (End-)Stoffe (auch als Produkte bezeichnet), umgewandelt.
Nachfolgende sind ein paar grundlegende chemische Reaktionen aufgelistet, die immer nach dem gleichen Schema ablaufen und so beim Erstellen von Reaktionsgleichungen helfen:
Vielleicht ist aus dem Schulunterricht bekannt, dass Metalloxide mit Wasser entsprechende Metallhydroxide bilden. Dies kann man leicht überprüfen, löst man Metalloxide in Wasser, so zeigt der hinzugefügte pH-Indikator ein basisches Milieu an.
Das bekannteste Beispiel (oft als Schulversuch verwendet): Man gibt Magnesiumoxid in Wasser, dabei stellt man einen schwach-basischen pH-Wert fest:
Mg2+O2- + H2O → Mg2+(OH–)2 → Mg2+(aq) + 2 OH–(aq)
Dies lässt sich dadurch erklären, dass das Magnesiumoxid in Wasser zu Magnesiumhydroxid reagiert, dass anschließend “in Lösung” geht, d.h das Magnesiumhydroxid dissoziiert in Wasser in die entsprechenden Ionen. Die Hydroxid-Ionen sind dabei verantwortlich für den basischen pH-Wert.
Wie am Beispiel Magnesiumoxid gezeigt, reagieren Metalloxide mit Wasser zu den entsprechenden Laugen (Grundregel). Allerdings gibt es auch Ausnahmen (die hier zur Information angefügt werden), u.a. :
Beispiele:
“Nichtmetalloxide bilden mit Wasser Säuren”, hört oder liest man sicher häufig.
Diese “generelle” Aussage muss aber noch etwas präzisiert werden: Nichtmetalloxide bilden mit Wasser sauerstoffhaltige Säuren bzw. Sauerstoffhaltige Säuren entstehen aus Nichtmetalloxiden und Wasser. So bildet sich z.B. aus Kohlenstoffdioxid und Wasser Kohlensäure.
Beispiele:
Die Metalle dieser beiden Hauptgruppen reagieren mit Wasser und bilden dabei Wasserstoff und das entsprechende Metallhydroxid.
Beispiele:
In der Realität: Die Metalle der 1. Hauptgruppe (Alkalimetalle) reagieren sofort mit Wasser, bei den Metallen der 2. Hauptgruppe sieht das etwas anderes aus. Die Erdalkalimetalle reagieren vom Calcium über Strontium und Barium zunehmend heftiger mit Wasser. Beryllium und Magnesium hingegen zeigen keine Reaktion in Wasser. Das liegt daran, dass sich Beryllium und Magnesium an Luft mit einer Oxidschicht überziehen (=Passivierung)
Bei Reaktion der Nichtmetalloxide mit Laugen entstehen normalerweise die entsprechenden Salze und Wasser.
Warum ist das aber so?
Im Prinzip ist diese Reaktion eine “normale” Salzbildungsreaktion (Säure + Base bzw. Säure + Lauge). Dabei “verbindet” sich ein Kation einer Lauge und ein Anion einer Säure.
Beispiel: Natronlauge und Schwefeltrioxid zu Natriumsulfat und Wasser.
a) Bei Laugen handelt es sich um eine “wässrige Lösung”, somit reagiert das Nichtmetalloxid mit dem Wasser zur Säure
SO3 + H2O → H2SO4
b) Die Säure (Schwefelsäure) reagiert mit der Lauge bzw. Base (Natriumhydroxid) zu Natriumsulfat.
H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O
Reagieren Säuren und Metalle miteinander, so muss man unterschieden, ob ein unedles oder edles Metall vorliegt.
Bei einer Oxidations-Reduktionsreaktion oder auch Redoxreaktion überträgt ein Atom, Ion oder Molekül Elektronen zu einem anderen Stoff. Oxidation bezeichnet die Abgabe von Elektronen, während Reduktion die Aufnahme von Elektronen bedeutet.
Bei einer Säure-Base-Reaktion reagiert eine Säure mit einer Base zu Salz und Wasser. Der pH-Wert zeigt den sauren, neutralen oder basischen Charakter einer Lösung an. Ein pH-Wert unter 7 ist sauer, ein pH-Wert über 7 ist basisch.
Eine Synthesereaktion ist eine chemische Reaktion, bei der zwei oder mehr einfache Stoffe kombiniert werden, um einen komplexeren Stoff herzustellen. Ein Beispiel dafür ist die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser.
Bei einer Zersetzungreaktion zerfällt ein komplexerer Stoff in seine Bestandteile. Ein Beispiel wäre die Zersetzung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff.
Bei einer Neutralisationsreaktion reagieren eine Säure und eine Base miteinander und es entsteht ein Salz und Wasser. Dieser Prozess wird als Neutralisation bezeichnet, da die sauren und basischen Eigenschaften der Reaktionspartner neutralisiert werden.
Unter einer Substitutionsreaktion versteht man die Ersetzung eines Atoms oder einer Atomgruppe durch ein anderes Atom oder eine andere Atomgruppe. Beispielsweise kann in Methan (CH4) ein Wasserstoffatom durch Chlor in einer Halogenierung reagieren, um Chlormethan (CH3Cl) zu bilden.
Die Polymerisation ist eine Reaktion, bei der kleine Moleküle, sogenannte Monomere, chemisch miteinander verbunden werden, um ein großes Molekül, ein Polymer, zu bilden.
Eine Komplexreaktion besteht aus mehreren Teilschritten. Elementarreaktionen laufen ab, bis das Endprodukt entsteht. Zwischenprodukte können dabei gebildet und wieder verbraucht werden.
Exotherme Reaktionen sind Reaktionen, bei denen Energie in Form von Wärme abgegeben wird. Endotherme Reaktionen sind Reaktionen, bei denen Energie aus der Umgebung aufgenommen wird.
Katalyse bezieht sich auf den Prozess, bei dem die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion durch einen Katalysator erhöht wird. Ein Katalysator ist eine Substanz, die die Aktivierungsenergie einer Reaktion herabsetzt und so die Reaktion beschleunigt ohne dabei selbst verbraucht zu werden.