Chemische Gleichungen ausgleichen Mindmap

Das Thema verstehen

Beim Ausgleichen chemischer Gleichungen stellt man sicher, dass auf beiden Seiten einer Reaktionsgleichung gleich viele Atome jedes Elements vorhanden sind. Das folgt dem Massenerhaltungssatz von Lavoisier: Atome werden in Reaktionen nur umgeordnet, nicht erzeugt oder vernichtet. Angepasst werden ausschließlich stöchiometrische Koeffizienten, niemals die Formeln selbst. Die Mindmap zeigt Vorgehensweisen, Beispiele, Sonderfälle wie Redoxgleichungen und häufige Fehler.

Warum nur Koeffizienten geändert werden
Chemische Formeln beschreiben den Aufbau einer Verbindung und sind feste Größen: Wasser ist immer H2O, Methan immer CH4. Würde man einen Index ändern, entstünde eine andere Substanz mit anderen Eigenschaften, und die Gleichung würde nicht mehr die tatsächliche Reaktion wiedergeben. Koeffizienten dagegen geben nur an, wie viele Einheiten eines Stoffs beteiligt sind. Aus H2 + O2 → H2O wird so 2 H2 + O2 → 2 H2O: Die Moleküle bleiben dieselben, nur ihre Anzahl wird so angepasst, dass links und rechts gleich viele Wasserstoff- und Sauerstoffatome stehen. Genau das verlangt die Massenerhaltung.

Systematisches Vorgehen am Beispiel
Beim Verbrennen von Propan C3H8 entsteht CO2 + H2O. Zuerst gleicht man das Element mit den meisten Atomen aus, hier Kohlenstoff: 3 CO2. Dann Wasserstoff: 8 H-Atome erfordern 4 H2O. Jetzt zählt man Sauerstoff: rechts stehen 6 O aus dem CO2 und 4 O aus dem Wasser, zusammen 10 Atome, also 5 O2 links. Die fertige Gleichung lautet C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O. Ein abschließender Check aller Elemente bestätigt die Bilanz. Bruchkoeffizienten, die sich zwischendurch ergeben, werden am Ende durch Multiplikation mit dem Nenner beseitigt.

Ionen- und Redoxgleichungen
Bei Reaktionen in Lösung schreibt man oft Ionengleichungen: Stoffe, die als Ionen vorliegen, werden dissoziiert notiert, und unveränderte Begleit-Ionen, die sogenannten Spectator-Ionen, entfallen. Zusätzlich zur Atombilanz muss dann auch die Ladungsbilanz stimmen. Redoxgleichungen erweitern das Prinzip: Man zerlegt die Reaktion in Oxidation und Reduktion, gleicht Elektronenübergänge über Halbgleichungen aus und kombiniert beide Teile. In saurer Lösung dürfen H+-Ionen und Wasser auftauchen, in basischer Lösung OH--Ionen; am Ende werden überzählige H+ gegebenenfalls mit OH- zu Wasser vereinigt.