Ausgleichen der chemischen Gleichungen
Einer der grundlegendsten Fähigkeiten in der Chemie ist die Fähigkeit, chemische Gleichungen auszugleichen. Eine chemische Gleichung ist eine Darstellung einer chemischen Reaktion, bei der die Reaktanten (Ausgangsstoffe, Stoffe, die in die Reaktion EINTRETEN) auf der linken Seite der Gleichung stehen und die Produkte (Stoffe, die während der Reaktion entstehen) auf der rechten Seite. Die Gleichheit der linken und rechten Seite wird durch das Gleichheitszeichen (=) ausgedrückt. Bei Gleichgewichtsreaktionen verwenden wir einen Doppelpfeil ↔, und wenn das Gleichgewicht zu einer Seite verschoben ist, verwenden wir einen einfachen Pfeil →.
Eine chemische Gleichung enthält sowohl einen qualitativen (was?) als auch einen quantitativen (wie viel?) Aspekt eines chemischen Prozesses. Die Gleichung muss daher dem Gesetz der Erhaltung der Anzahl der Atome desselben Elements genügen, d. h. die Summe der Atome eines bestimmten Elements auf der linken Seite muss der Summe der Atome dieses Elements auf der rechten Seite entsprechen. Gleichzeitig muss die Regel der Ladungserhaltung erfüllt sein, d. h. die Gesamtsumme der Ladungen der Reaktanten muss der Gesamtsumme der Ladungen der Produkte entsprechen. Die Art und Anzahl der Atome auf der rechten und linken Seite der chemischen Gleichung sind identisch. Folglich ist die Summe der Massen der Reaktanten gleich der Summe der Massen der Produkte.
In einer chemischen Gleichung können Pfeile auch flüchtige oder schwerlösliche Produkte der Reaktion anzeigen, zum Beispiel:
Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2↑
AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaNO3
Jeder chemische Prozess kann durch eine oder mehrere Gleichungen dargestellt werden. Absolute Werte der stöchiometrischen Koeffizienten werden vor das Symbol des Elements oder die Formel der Verbindung gesetzt. Es handelt sich dabei um rationale Zahlen, die das Verhältnis zwischen den Mengen der Reaktanten und Produkte in einer gegebenen chemischen Reaktion ausdrücken.
In der Praxis werden Mengen von Reaktanten und Produkten unter Verwendung der Stoffmengen n(A); n(B)... ausgedrückt. Es ist jedoch zu beachten, dass diese beiden Begriffe nicht identisch sind. Die Stoffmenge gibt an, wie viele Mol einer bestimmten Substanz zu einem gegebenen Zeitpunkt im System vorhanden sind. Die Stoffmenge ändert sich daher im Laufe der Zeit, während die stöchiometrischen Koeffizienten konstant bleiben.
(Die Stoffmengen der Reaktanten können zahlenmäßig mit den stöchiometrischen Koeffizienten übereinstimmen – zum Beispiel, wenn zu Beginn der Reaktion das System genau die Menge der Reaktanten enthält, die durch die stöchiometrischen Koeffizienten angegeben wird. In der Praxis werden jedoch nicht immer genau stöchiometrische Mengen an Reaktanten verwendet – zum Beispiel kann 1,2 Äquivalente eines Reaktanten im Verhältnis zu einem anderen verwendet werden, um die Reaktion zu beschleunigen. Manchmal können sogar Produkte bereits zu Beginn der Reaktion vorhanden sein.)