Was ist eine chemische Reaktion und wie verhält sich die Masse der Stoffe?

Bei einer chemischen Reaktion werden Ausgangsstoffe (Edukte) in neue Stoffe (Produkte) umgewandelt. Die Masse der Stoffe bleibt dabei immer erhalten. Das bedeutet, dass die Edukte zusammen exakt genauso viel wiegen wie die Produkte. Dieses Prinzip nennt man das Gesetz von der Erhaltung der Masse. Es geht keine Materie verloren, die Teilchen ordnen sich lediglich neu an.

Warum wird eine brennende Kerze scheinbar leichter?

Eine brennende Kerze wird leichter, weil wir uns in einem offenen System befinden. Das feste Wachs der Kerze verwandelt sich bei der Verbrennung in unsichtbare Gase wie Kohlenstoffdioxid. Diese Gase entweichen in die Raumluft und werden von der Waage nicht mehr erfasst. Die Masse ist also nicht verschwunden, sondern hat sich lediglich als Gas in der Umgebung verteilt.

Was ist der Unterschied zwischen einem offenen und einem geschlossenen System?

In einem geschlossenen System (wie einem luftdicht verschlossenen Glasbehälter) kann nichts hinein oder heraus. Die Masse bleibt vor und nach der Reaktion exakt gleich. In einem offenen System hingegen können Gase unbemerkt entweichen oder aus der Luft hinzukommen. Dadurch kommt es zu scheinbaren Massenänderungen, da die entweichenden oder hinzukommenden Gase nicht mitgewogen werden.

Chemische Reaktion und die Masse der Stoffe

Hast du dich jemals gefragt, wo das ganze Holz eines großen Lagerfeuers bleibt? Am Ende der Nacht bleibt nur ein winziges Häufchen Asche übrig. Hat sich der Rest einfach in Nichts aufgelöst?

In der Chemie gibt es keine Zauberei und Dinge können nicht einfach verschwinden. Wenn wir uns die chemische Reaktion und die Masse der Stoffe ansehen, lüften wir das Geheimnis, warum Dinge beim Verbrennen manchmal leichter und manchmal sogar schwerer werden. Du wirst lernen, wie man wie ein echter Chemiker rechnet, um zu beweisen, dass am Ende immer alles noch da ist!

Schnellantwort

Bei einer chemischen Reaktion bleibt die Gesamtmasse der Stoffe immer erhalten (Gesetz von der Erhaltung der Masse). Das bedeutet, dass die Ausgangsstoffe (Edukte) exakt genauso viel wiegen wie die Endstoffe (Produkte), da sich die Teilchen lediglich neu anordnen und keine Masse verloren geht.

Vorwissen

Edukte und Produkte: Bei einer chemischen Reaktion werden die Ausgangsstoffe (Edukte) in neue Stoffe (Produkte) umgewandelt. Beispiel: Wenn Kohle verbrennt, sind Kohle und Sauerstoff die Edukte. Das entstehende Gas ist das Produkt.
Gase haben eine Masse: Auch wenn wir Gase wie die Luft um uns herum nicht sehen können, bestehen sie aus Materie und haben ein Gewicht. Beispiel: Ein aufgepumpter Fußball ist minimal schwerer als ein platter Fußball, weil die Luft im Inneren etwas wiegt.

Aufgabentyp 1: Massen bei chemischen Reaktionen berechnen

Ende des 18. Jahrhunderts machte der französische Chemiker Antoine Lavoisier eine bahnbrechende Entdeckung. Er führte chemische Reaktionen in speziellen, luftdicht verschlossenen Glasbehältern durch. Ein solches System nennt man ein geschlossenes System. Nichts konnte hinein und nichts konnte heraus.

Er stellte fest: Wenn man den Behälter vor und nach der Reaktion wiegt, ändert sich das Gewicht überhaupt nicht. Daraus formulierte er das Gesetz von der Erhaltung der Masse:

Bei jeder chemischen Reaktion ist die Gesamtmasse der Edukte (Ausgangsstoffe) exakt gleich der Gesamtmasse der Produkte.

Das bedeutet: Masse kann weder aus dem Nichts erschaffen noch vernichtet werden. Die Teilchen der Stoffe ordnen sich bei einer Reaktion nur neu an, aber es gehen keine Teilchen verloren.

Streichhölzer im geschlossenen System

Zweck: Wir beweisen, dass bei einer Verbrennung keine Masse verloren geht, wenn das System geschlossen ist.

Materialien: 5 Streichholzköpfe, 1 Reagenzglas, 1 Luftballon, 1 digitale Waage, 1 Gasbrenner.

⚠️ Sicherheitshinweis: Schutzbrille tragen! Das Erhitzen von Glas darf nur unter Aufsicht der Lehrkraft erfolgen. Der Ballon verhindert einen Überdruck.

Durchführung:

Gib die Streichholzköpfe in das Reagenzglas.
Stülpe den Luftballon fest über die Öffnung des Reagenzglases, um es luftdicht zu verschließen.
Lege das gesamte Reagenzglas auf die Waage und notiere das Gewicht.

Erhitze das Reagenzglas vorsichtig mit dem Gasbrenner, bis die Streichholzköpfe entflammen.
Lass das Reagenzglas abkühlen und lege es erneut auf die Waage.

Beobachtung: Die Streichholzköpfe sind verbrannt und der Ballon hat sich vielleicht kurz etwas aufgebläht. Die Waage zeigt vor und nach der Reaktion exakt dieselbe Zahl an.

Erklärung: Obwohl die Streichhölzer verbrannt sind, konnten die entstandenen Gase (Rauch) nicht entweichen. Die Masse der Streichhölzer und der Luft im Glas ist genauso groß wie die Masse der Asche und der entstandenen Gase.

Scheinbare Massenänderungen in offenen Systemen

Wenn das Gesetz von der Erhaltung der Masse immer gilt, warum wird dann eine brennende Kerze immer kleiner und leichter? Das liegt daran, dass wir im Alltag meistens in offenen Systemen arbeiten (z. B. in einem normalen Zimmer). In einem offenen System können Gase unbemerkt entweichen oder aus der Luft hinzukommen.

Es gibt zwei typische Fälle, die du für Prüfungen kennen musst:

Fall 1: Es wird scheinbar leichter (Die Kerze) Wenn eine Kerze brennt, verwandelt sich das feste Wachs in unsichtbare Gase (wie Kohlenstoffdioxid). Da das System offen ist, schweben diese Gase einfach in die Raumluft davon. Wenn du die Kerze wiegst, fehlt das Gewicht dieser Gase. Die Masse ist nicht verschwunden, sie ist nur woanders.
Fall 2: Es wird scheinbar schwerer (Die Eisenwolle) Wenn du Eisenwolle auf einer Waage verbrennst, passiert etwas Erstaunliches: Sie wird schwerer! Warum? Das Eisen reagiert mit dem unsichtbaren Sauerstoff aus der Luft. Der Sauerstoff bindet sich an das Eisen und bildet einen neuen Stoff (Eisenoxid). Da der Sauerstoff aus der Luft nun fest an das Eisen gebunden ist, wiegt die Waage plötzlich das Eisen und den Sauerstoff.

Die Regel lautet: Wenn sich die Masse in einem offenen System ändert, war immer ein Gas im Spiel, das entweder weggeflogen ist oder aus der Luft dazukam!

Schritt-für-Schritt-Anleitung

Da wir wissen, dass die Masse immer erhalten bleibt, können wir fehlende Massen ganz einfach berechnen. Nutze dafür diesen Plan:

Stelle die Wortgleichung auf: Lies die Aufgabe genau. Was sind die Edukte und was sind die Produkte? Schreibe sie auf.
Schreibe die Massengleichung auf: Ersetze die Wörter durch die Zahlen (Massen) aus der Aufgabe. Schreibe ein $x$ für den unbekannten Stoff.
Rechne die Masse aus: Nutze einfache Plus- oder Minusrechnungen, um die fehlende Zahl zu finden.

Durchgerechnete Beispiele

Beispiel 0

Aufgabe

Bei der Zersetzung von $464 \text{ mg}$ Silberoxid entstehen $432 \text{ mg}$ reines Silber und ein unsichtbares Gas (Sauerstoff). Berechne die Masse des entstandenen Sauerstoffs.

Fortschritt

3 / 3

Schritt 1
Wortgleichung aufstellen
Das Silberoxid wird zersetzt, es ist also unser einziger Ausgangsstoff. Es entstehen Silber und Sauerstoff.

$\textcolor{#08BFFF}{\text{Silberoxid}} \to \textcolor{#53E5D6}{\text{Silber}} + \textcolor{#53E5D6}{\text{Sauerstoff}}$
Schritt 2
Massengleichung mit Zahlen aufschreiben
Wir setzen die Werte aus dem Text ein:

$\textcolor{#08BFFF}{464 \text{ mg}} = \textcolor{#53E5D6}{432 \text{ mg}} + \textcolor{#53E5D6}{x}$
Schritt 3 · Ergebnis
Ausrechnen
Um das $x$ zu finden, müssen wir die Masse des Silbers von der Gesamtmasse abziehen:

$x = 464 \text{ mg} - 432 \text{ mg}$

$x = 32 \text{ mg}$

Ergebnis:

Die Masse des entstandenen Sauerstoffs beträgt $32 \text{ mg}$ .

Quiz zu Chemische Reaktion und die Masse der Stoffe: Teste dein Wissen

Löse eine kostenlose Quizfrage zu Chemische Reaktion und die Masse der Stoffe und prüfe, ob du die wichtigsten Schritte verstanden hast.

Quizfrage 1 zu Chemische Reaktion und die Masse der Stoffe

Was besagt das Gesetz von der Erhaltung der Masse bei einer chemischen Reaktion?

Quizfrage 2 zu Chemische Reaktion und die Masse der Stoffe

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Was versteht man in der Chemie unter einem geschlossenen System?

Übungsaufgabe zu Chemische Reaktion und die Masse der Stoffe

Nur mit Account

Kupfer reagiert in einem geschlossenen System mit $8 \text{ g}$ Sauerstoff zu genau $40 \text{ g}$ Kupferoxid. Wie viel Kupfer war am Anfang vorhanden?

Tipp: Nach dem Gesetz der Erhaltung der Masse müssen die Edukte (Kupfer und Sauerstoff) zusammen exakt so viel wiegen wie das Produkt ( $40 \text{ g}$ ). Man rechnet $40 \text{ g} - 8 \text{ g} = 32 \text{ g}$ .

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Beispiel 1

Aufgabe

Kupfer reagiert mit Sauerstoff zu Kupferoxid. In einem geschlossenen System reagieren genau $8 \text{ g}$ Sauerstoff mit Kupfer. Am Ende erhält man $40 \text{ g}$ Kupferoxid. Berechne, wie viel Kupfer am Anfang vorhanden war.

Fortschritt

3 / 3

Schritt 1
Wortgleichung aufstellen
Kupfer und Sauerstoff reagieren miteinander, sie sind die Edukte. Kupferoxid ist das Produkt.

$\textcolor{#08BFFF}{\text{Kupfer}} + \textcolor{#08BFFF}{\text{Sauerstoff}} \to \textcolor{#53E5D6}{\text{Kupferoxid}}$
Schritt 2
Massengleichung mit Zahlen aufschreiben
Wir setzen die bekannten Werte ein:

$\textcolor{#08BFFF}{x} + \textcolor{#08BFFF}{8 \text{ g}} = \textcolor{#53E5D6}{40 \text{ g}}$
Schritt 3 · Ergebnis
Ausrechnen
Welche Zahl ergibt zusammen mit $8$ genau $40$ ? Wir rechnen:

$x = 40 \text{ g} - 8 \text{ g}$

$x = 32 \text{ g}$

Ergebnis:

Am Anfang waren $32 \text{ g}$ Kupfer vorhanden.

Wichtige Erkenntnisse

Gesetz von der Erhaltung der Masse: Bei jeder chemischen Reaktion wiegen die Edukte zusammen exakt genauso viel wie die Produkte.
Geschlossenes System: Nichts kann rein oder raus. Die Masse bleibt auf der Waage immer gleich.
Offenes System: Gase können entweichen (es wird scheinbar leichter) oder aus der Luft dazukommen (es wird scheinbar schwerer).
Gase haben Gewicht: Vergiss bei deinen Berechnungen nie die Masse der unsichtbaren Gase wie Sauerstoff!

Chemische Reaktion und die Masse der Stoffe einfach erklärt