Wichtige Reaktionen in der Chemie

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:

Reaktionsverhalten von Metalloxiden mit Wasser

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⁺O^2- + 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. :

• CuO [Kupfer(II)oxid] ist in Wasser unlöslich und reagiert daher nicht mit Wasser
• ZnO [Zink(II)oxid] ist in Wasser unlöslich und reagiert daher nicht mit Wasser

Beispiele:

• Na₂O + H₂O → 2NaOH
• MgO + H₂O  → Mg(OH)₂

Reaktionsverhalten von Nichtmetalloxiden mit Wasser

“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:

• CO₂ + H₂O   → H₂CO₃
• SO₂  + H₂O  →  H₂SO₃

Alkalimetalle und  Erdalkalimetalle reagieren mit Wasser

Die Metalle dieser beiden Hauptgruppen reagieren mit Wasser und  bilden dabei Wasserstoff und das entsprechende Metallhydroxid.

Beispiele:

• 2Na + 2H₂O → 2NaOH  +  H₂
• Mg + 2H₂O  → Mg(OH)₂  +  H₂ 

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)

Nichtmetalloxide mit Laugen

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

Metalle reagieren mit Säuren

Reagieren Säuren und Metalle miteinander, so muss man unterschieden, ob ein unedles oder edles Metall vorliegt.

• Unedle Metalle reagieren mit “normalen” Säuren (= Wasserstoffsäuren) unter Bildung des entsprechenden Metallsalzes und Wasserstoff.

• Edle Metalle regieren nicht mit normalen Säuren, sondern nur mit oxidieren Säuren (z.B. HNO₃, HClO₄)