Es gibt chemische Fachbegriffe, deren Bedeutung du genau verstehen musst. Oft scheitet ein Verständnis von chemischen Zusammenhängen daran, dass man keine Vorstellung zu den Fachbegriffen hat. Wenn du über Formeln (Summenformeln und Verhältnisformeln) mehr wissen möchtest, dann klicke hier.
 Didaktisches Forum zu diesem Thema
(docx) Page 2Page 3 Aus der Stufe 7 kennt ihr sicherlich noch das Atommodell von Dalton: Das DALTONsche Atommodell An den meisten Schulen führt man das Atommodell von Dalton im Chemieunterricht der Klasse 7 ein. Ich selbst verwende dazu immer den Versuch zur Volumenreduktion.
2 möglichst genaue 100 ml-Messzylinder, dest. Wasser, Ethanol Durchführung:Der eine Messzylinder wird sorgfältig mit genau 50 ml dest. Wasser gefüllt, der andere Messzylinder mit genau 50 ml Ethanol (möglichst hochkonzentriert!). Dann wird der Inhalt des einen Messzylinders vorsichtig in den anderen Messzylinder gegossen. Dabei dürfen keine Verluste auftreten, der erste Messzylinder muss komplett entleert werden. Beobachtung:Das Stoffgemisch hat nach dem Zusammengießen der beiden Flüssigkeiten ein Volumen von ca. 98 ml und nicht - wie erwartet - von 100 ml. Deutung:Wasser und Ethanol bestehen aus unteschiedlich großen kleinsten Teilchen, wobei die Ethanol-Teilchen größer sind als die Wasser-Teilchen. Die Wasser-Teilchen "rutschen" beim Zusammengießen in die Lücken zwischen den großen Ethanol-Teilchen. Meistens wird dieser Versuch dann mit Hilfe von Erbsen und Senfkörnern verdeutlicht: Ein Messzylinder mit 50 ml Erbsen und ein Messzylinder mit 50 ml Senfkörnern werden zusammengemischt, das Volumen der Mischung ist dann deutlich kleiner als 100 ml. Kritisch könnte man hier einwenden, dass sowohl Wasser wie auch Ethanol Verbindungen sind und daher nicht aus Atomen bestehen, sondern aus Molekülen, und dass Moleküle meistens nicht kugelförmig sind, sondern eine andere Form haben. Dieser Einwand ist völlig korrekt, tut der Sache aber trotzdem keinen Abbruch, wenn man nicht von "Atomen" spricht, sondern von "kleinsten Teilchen". In den meisten Schulbüchern wird das Atommodell von Dalton auch gern benutzt, um die drei Aggregatzustände zu erklären:
Die drei Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig Warum sich die Atome des Elementes im festen Zustand so stark gegenseitig anziehen, kann das Modell noch nicht erklären. Interessant ist aber, dass die Chemiker schon sehr früh, also ungefähr zu Daltons Zeiten, annahmen, dass hier elektrische Kräfte im Spiel sind. Es gab allerdings auch schon zu Daltons Zeiten Probleme mit seinem Modell, teils wurde es von seinen Chemiker-Kollegen heftig kritisiert, als "schwammige Hypothese" abgetan. ➥Das Atommodell von Dalton Wer mehr über das Atommodell von Dalton und seine Kritiker wissen möchte, geht auf die entsprechende Seite in meinem Chemie-Lexikon. Mit Hilfe des Atommodells von Dalton kann man auch die drei wichtigen chemischen Gesetze erklären, nämlich das Gesetz von der Erhaltung der Masse, das Gesetz der konstanten Proportionen und das Gesetz der multiplen Proportionen. Gesetz von der Erhaltung der Masse
Das Gesetz von der Erhaltung der Masse Da Atome nach Dalton weder vernichtet werden noch neu entstehen können, ändert sich die Zahl der Atome bei einer chemischen Reaktion nicht, die vorhandenen Atome lagern sich lediglich um, wie man auf der Abbildung oben gut erkennen kann. 12 Eisen-Atome mit einer Gesamtmasse von 672 u reagieren mit 12 Schwefel-Atomen (Gesamtmasse = 384 u) zu Eisensulfid mit einer Gesamtmasse von 1056 u. Das entspricht genau der Gesamtmasse aus Eisen- und Schwefel-Atomen vor der Reaktion. Gesetz der konstanten ProportionenDieses Gesetz - das übrigens schon vor Dalton bekannt war - besagt, dass sich die Stoffe bei chemischen Reaktionen immer in bestimmten konstanten Verhältnissen verbinden. Eisen und Schwefel verbinden sich bei der Bildung von Eisensulfid zum Beispiel immer im Verhältnis 7 : 4. Man muss also 7g Eisen und 4g Schwefel im Reagenzglas zusammen erhitzen, um einen optimalen Reaktionsablauf zu bekommen, bei dem weder Eisen noch Schwefel übrig bleiben.
Gesetz der konstanten Proportionen Die Abbildung zeigt, was geschieht, wenn man Eisen und Schwefel nicht im richtigen Verhältnis zusammen erhitzt. Es bildet sich zwar Eisensulfid, die Ausbeute ist aber nicht optimal. Nicht jedes Eisen-Atom kann sich mit einem Schwefel-Atom verbinden, Eisen-Atome bleiben übrig. Gesetz der multiplen ProportionenManche Elemente können mehrere verschiedene Verbindungen bilden. Kohlenstoff beispielsweise kann sich mit Sauerstoff zu Kohlenmonoxid CO und Kohlendioxid CO2 verbinden. Aber auch hier gilt für jede der möglichen Verbindungen das Gesetz der konstanten Proportionen. Bei der Bildung von CO treten immer 3 Massenanteile Kohlenstoff mit 4 Massenanteilen Sauerstoff zu 7 Massenanteilen Kohlenmonoxid zusammen (die Atommassen betragen 12 bzw. 16 für Kohlenstoff bzw. Sauerstoff). Bei der Bildung von CO2 dagegen treten stets 3 Massenanteile Kohlenstoff mit 8 Massenanteilen Sauerstoff zusammen. Diese Massenanteile werden aber immer durch ganze Zahlen wiedergegeben, auch wenn zwei Elemente zu zwei oder mehr verschiedenen Verbindungen reagieren können. Dalton konnte das Gesetz der multiplen Proportionen mit seiner Atomtheorie gut erklären. Bei der Bildung von Kohlenmonoxid reagiert stets ein Kohlenstoff-Atom mit einem Sauerstoff-Atom zu einem Kohlenmonoxid-Molekül. Kohlenstoff hat eine Atommasse von 12, Sauerstoff eine von 16. Daraus ergibt sich ein Massenverhältnis von 12:16 bzw. von 3:4, wenn man entsprechend kürzt. Bei der Bildung von Kohlendioxid reagiert jedes Kohlenstoff-Atom mit zwei Sauerstoff-Atomen, die Verhältnisformel von Kohlendioxid ist also 1:2. Multipliziert man diese Atomzahlverhältnisse mit den Atommassen, ergibt sich ein Massenverhältnis von 12 : 32, oder gekürzt 3 : 8. Page 2Eine der bekanntesten Reaktionen im Chemieunterricht der Sek. 1 ist die Umsetzung von Eisenpulver Fe(s) mit Schwefelpulver S(s). Man mischt genau abgewogene Mengen beider Element im Mörser zusammen, gibt einen Teil des Gemischs in ein schwer schmelzbares Reagenzglas und hält das Reagenzglas dann über die sehr heiße Flamme des Brenners. Zu Beginn tut sich nicht viel, doch nach einiger Zeit glüht das Gemisch rötlich auf und unter heftigem Gezische reagieren die beiden Elemente zu einem neuen Stoff: Eisensulfid FeS(s). Hier die Reaktionsgleichung: $Fe_{(s)} + S_{(s)} \to FeS_{(s)} + Energie$ Bereits mit dieser einfachen Reaktion lassen sich die drei Aspekte einer jeden chemischen Reaktion aufzeigen: Chemische Reaktionen sind stets (1) Stoffumsetzungen, (2) Energieumsetzungen und (3) Teilchenumsetzungen. Mit diesen drei Aspekten wollen wir uns nun näher beschäftigen. Betrachten wir die Reaktion zwischen Eisen und Schwefel einmal genauer und vergleichen wir zwei wichtige Eigenschaften der Ausgangsstoffe Eisen und Schwefel sowie des Reaktionsproduktes Eisensulfid, nämlich die Farbe und das Reaktionsverhalten mit Salzsäure: Eisen Salzsäure Wasserstoff Schwefel Salzsäure Eisensulfid Salzsäure Schwefelwasserstoff Bei anderen Reaktionen stellen wir ähnliche Stoffumsetzungen fest. Immer entstehen bei chemischen Reaktionen neue Stoffe mit neuen Eigenschaften. Oft sieht man den Reaktionsprodukten die neuen Eigenschaften direkt an, manchmal muss man allerdings auch erst recht aufwändige Messungen durchführen, um die neuen Eigenschaften nachzuweisen. Wenn beispielsweise Alkohol und Essig (beides farblose Flüssigkeiten) miteinander reagieren, entsteht wieder eine farblose Flüssigkeit. Allerdings hat das Reaktionsprodukt einen anderen Geruch und ist nicht so gut wasserlöslich wie die Ausgangsstoffe Alkohol und Essig. Bei chemischen Reaktionen entstehen neue Stoffe mit neuen Eigenschaften! Interessant ist, dass das Stoffgemisch aus Eisen und Schwefel noch die Eigenschaften der beiden Elemente hat. Die Farbe ist eine Mischung aus grau und gelb, und auch die anderen Eigenschaften sind Mischeigenschaften. Erst durch das Erhitzen wird die chemische Reaktion eingeleitet, bei der aus dem Stoffgemisch eine neue chemische Verbindung entsteht. Und damit wären wir auch schon beim zweiten Aspekt chemischer Reaktionen. Führen wir uns den einfachen Versuch mit Eisen und Schwefel noch einmal vor Augen. Das Stoffgemisch hat noch nicht reagiert, es hat immer noch die Eigenschaften von Eisen und Schwefel. Die Eisenkörnchen könnte man mit einem Magneten noch wieder aus dem Gemisch herausholen, und den Schwefel könnte man isolieren, wenn man das Gemisch in ein Becherglas mit Wasser gibt. Der Schwefel schimmt dann oben (zumindest in der Theorie), während das Eisen untergeht. Wenn wir die Reaktion starten wollen, müssen wir das Gemisch erst erhitzen. Bei diesem Erhitzen wird Wärmeenergie zugeführt. Diese Wärmeenergie wird von den Ausgangsstoffen Eisen und Schwefel aufgenommen. Das heißt, die sogenannte innere Energie dieser beiden Stoffe nimmt zu, sie wird immer größer. Irgendwann ist die innere Energie von Eisen und Schwefel so groß, dass die beiden Elemente miteinander reagieren. Bei dieser Reaktion wird wieder Energie freigesetzt, an die Umgebung abgegeben. Das Stoffgemisch glüht auf, im Reagenzglas wird es noch heißer als zuvor, und es wird viel Wärmeenergie an die Umgebung abgegeben. Die innere Energie des Reaktionsproduktes nimmt dadurch ab. Sie wird immer kleiner. Nach kurzer Zeit ist bereits so viel Energie an die Umgebung abgegeben worden, wie wir zuvor mit dem Brenner in die Ausgangsstoffe hineingesteckt haben. Die Reaktion läuft aber noch weiter, es wird noch mehr Energie abgegeben. Am Ende der Reaktion hat das Reaktionsprodukt Eisensulfid eine geringere innere Energie als zuvor die beiden Ausgangsstoffe Eisen und Schwefel zusammen. Man sagt, die "Energie des Gesamtsystems" hat abgenommen. Bei der Reaktion ist mehr Energie freigesetzt worden, als man vorher hineingesteckt hat. Solche chemische Reaktionen, bei denen insgesamt mehr Energie abgegeben wird als man zuvor hineingesteckt hat, bezeichnet man als exotherm. Einige exotherme Reaktionen laufen unspektakulär ab, andere wiederum sehr aufsehenerregend. Die Verbrennung von Magnesiumband Das Verbrennen von Magnesiumband ist ein eindrucksvolles Beispiel für eine exotherme Reaktion: Nachdem das Magnesium für ein paar Sekunden in die Brennerflamme gehalten wurde, bildet sich eine grell-weiße Flamme, die sich tief in die Netzhaut des Betrachters eingräbt, wenn er den Blick nicht abwendet. Außerdem entsteht ein eindrucksvoller weißer Rauch. Bei der Verbrennung von Strontiumnitrat, Natriumsalzen, Kaliumchlorat, Saccharose und anderen Chloridbeimischungen entsteht farbiger Rauch. Diese Reaktion lässt sich beim Abrennen einer Rauchfackel beobachten. Die dabei entstehenden Farben sind auf die verschiedenen Stoffe zurückzuführen. Bei exothermen Reaktionen wird mehr Energie freigesetzt, als man zuvor in die Ausgangsstoffe hineingesteckt hat. Die Endprodukte haben eine geringere innere Energie als die Ausgangsstoffe. 2.2 Endotherme ReaktionenDas Gegenteil exothermer Reaktionen sind endotherme Reaktionen. Hier muss man sehr viel Energie in die Ausgangsstoffe hineinstecken, damit es überhaupt zur Reaktion kommt. Wenn die Reaktion dann endlich gestartet ist, wird aber nur ein Teil dieser Energie wieder an die Umgebung abgegeben. Ein häufig in der Schule durchgeführter Versuch ist das Erhitzen von blauem Kupfersulfat. Man hält ein Reagenzglas mit blauem Kupfersulfat ziemlich lange in die heiße Brennerflamme, und nach einiger Zeit wird das blaue Salz immer heller, bis man schließlich eine weiße kristalline Masse im Reagenzglas hat. Oben am Reagenzglasrand sieht man jede Menge Wassertropfen. Es hat folgende chemische Reaktion stattgefunden: $[CuSO_{4}*5 H_{2}O]_{(blau)} \to CuSO_{4 (weiß)} + 5 H_{2}O$ Aus dem blauen Kupfersulfat-Pentahydrat $[CuSO_{4}*5 H_{2}O]$ ist das weiße Kupfersulfat-Anhydrat geworden, das sogenannte "wasserfreie Kupfersulfat". Dies ist ein typisches Beispiel für eine endotherme Reaktion. Bei endothermen Reaktionen wird nur ein Teil der Energie freigesetzt, der zuvor in die Ausgangsstoffe hineingesteckt wurde. Die Endprodukte haben eine höhere innere Energie als die Ausgangsstoffe. 2.3 EnergiediagrammeDie Energieaufnahme und Energieabgabe im Verlaufe einer chemischen Reaktion kann man schön mit einem Energiediagramm darstellen. Da dieses Thema recht umfangreich ist, habe ich dazu eine eigene Seite geschrieben. Jetzt wird es Zeit für den dritten Gesichtspunkt, der bei jeder Reaktion wichtig ist. Chemische Reaktionen sind Teilchenumsetzungen. Diese Erkenntnis ist erst ungefähr 200 Jahre alt. Zwar vermuteten schon die alten Griechen vor über 2000 Jahren, dass alle Stoffe aus unteilbaren Atomen zusammengesetzt sind, doch so richtig auf chemische Reaktionen bezogen haben die Griechen ihre Erkenntnisse dann doch nicht - das war ihnen zu praktisch und zu alltäglich. Erst DALTON stellte um 1804 sein berühmtes Atommodell auf. Eine wichtige Aussage dieses Modells ist die: Bei chemischen Reaktionen können Atome weder gebildet noch vernichtet werden. Sie lagern sich lediglich um. Die Produkte der Reaktion enthalten daher genau die gleichen Atome wie die Edukte (Ausgangsstoffe), allerdings in anderer Anordnung. Heute kann man natürlich Atome zerstören oder neu erschaffen. Radioaktive Atome zerfallen nämlich in kleinere Atome; umgekehrt kann man mit Hilfe riesiger Beschleuniger kleine Atome aufeinanderprallen lassen, um größere zu erzeugen. Dabei handelt es sich aber nicht um chemische Vorgänge, sondern um physikalische. Auch dieses Thema ist recht umfangreich, wenn man sich näher damit beschäftigen will. Daher habe ich weitere Informationen dazu auf eine eigene Seite ausgelagert. Page 3Schauen wir uns mal folgendes Bild an, es zeigt sowohl die Teilchenumsetzungen wie auch gleichzeitig die Energieumsetzungen, die mit der Reaktion von Eisen und Schwefel verbunden sind. Eigentlich kann man diese beiden Aspekte auch nicht voneinander trennen oder sie isoliert betrachten. Beides gehört zusammen. Energiediagramm der Eisensulfid-Bildung Anmerkung für aufmerksame Leser(innen): Wie meine nette Kollegin Frau R. Kühn richtig festgestellt hat, ist der Begriff "Eisensulfid-Moleküle" nicht ganz korrekt, aber in der 7. Klasse haben die Schüler nur die Begriffe "Atom" und "Molekül" kennengelernt, der Begriff "Ionenverbindung" ist noch unbekannt. In Wirklichkeit besteht Eisensulfid aus lauter positiv geladenen Eisen-Ionen und negativ geladenen Sulfid-Ionen, die sich gegenseitig anziehen. Jedes Eisen-Ion zieht mehrere Sulfid-Ionen an, und jedes Sulfid-Ion mehrere Eisen-Ionen. Moleküle in diesem Sinne gibt es also im Eisensulfid nicht. Eisen und Schwefel befinden sich bei Zimmertemperatur in festem Zustand. Die Atome dieser beiden Elemente ziehen sich also gegenseitig sehr stark an und bilden "dichteste Packungen", wie es für den festen Zustand üblich ist. Damit Eisen-Atome aber mit Schwefel-Atomen reagieren können, müssen sich alle Atome im Gaszustand befinden, sonst können sie nicht "durcheinanderwirbeln" und miteinander neue Bindungen eingehen. Die Anziehungskräfte zwischen den Eisen-Atomen einerseits und die Anziehungskräfte zwischen den Schwefel-Atomen andererseits müssen also überwunden werden. Dazu ist Energie notwendig - die Aktivierungsenergie, die oft mit Ea oder EA abgekürzt wird. Aktivierungsenergie = die Energie, die zugeführt werden muss, damit sich die Teilchen der Ausgangsstoffe voneinander trennen, so dass sie miteinander reagieren können. Wir hatten oben gesagt, dass sich die Eisenteilchen im festen Zustand gegenseitig anziehen. Geben wir dieser "Anziehungsenergie" doch einfach mal eine Zahl, zum Beispiel 42. Das heißt, zwei Eisen-Atome ziehen sich mit der Stärke 42 gegenseitig an. Für Experten: Die Energie, mit der sich zwei Atome eines Moleküls gegenseitig anziehen, wird als Bindungsenergie bezeichnet und in Kilojoule pro Mol gemessen. Ein Mol ist dabei eine bestimmte Anzahl von kleinsten Teilchen, nämlich ungefähr 6 * 1023, eine unvorstellbar große Zahl. Allerdings bildet Eisen keine Moleküle, sondern die Atome eines Metalls sind völlig anderes organisiert, so dass der Begriff Bindungsenergie hier eigentlich nicht zutrifft. Damit die Eisen-Atome an der Reaktion teilnehmen können, muss die "Bindungsenergie" zwischen den Fe-Atomen also überwunden werden. Dazu muss das Eisenpulver erhitzt werden, damit das Eisen aus dem festen Zustand in den gasförmigen Zustand übergeht. Für Experten: Die Energie, die einem festen Stoff zugeführt werden muss, damit er gasförmig wird, nennt man Sublimationsenergie. Das Gleiche gilt für den Schwefel. Auch dieser feste Stoff muss in den gasförmigen Zustand überführt werden, damit die Atome überhaupt reagieren können. Um das Ganze anschaulicher zu gestalten, wählen wir uns wieder irgendeine Zahl aus, die dann die Sublimationsenergie des Schwefels (siehe oben) darstellen soll. Nehmen wir mal... die Zahl 19. Wir müssen also 42 Einheiten Energie zuführen, um zwei Eisen-Atome zu trennen, und zusätzlich 19 Einheiten Energie, um zwei Schwefel-Atome zu trennen. Das ist ganz schön viel Energie, zusammen also 61 Einheiten. Zum Trennen von chemischen Bindungen muss immer ein gewisser Energiebetrag aufgewandt werden. Diese "Bindungstrennungsenergie" der Ausgangsstoffe ist hauptverantwortlich für die Aktivierungsenergie einer chemischen Reaktion. Jetzt wollen wir einmal ein Prinzip anwenden, das ich immer als "Gegenteil-Prinzip" bezeichne: Wenn ich zum Trennen einer chemischen Bindung Energie zuführen muss, was passiert dann, wenn sich eine neue chemische Bindung bildet. Wenn sich also ein Eisen-Atom mit einem Schwefel-Atom verbindet? Genau: Wenn zum Trennen einer chemischen Bindung Energie verbraucht wird, so müsste nach dem Gegenteil-Prinzip bei der Herstellung einer neuen chemischen Bindung Energie freigesetzt werden. Jetzt denken wir uns wieder eine Zahl aus, nämlich 38. Fragt bitte nicht, wie ich auf diese Zahl komme, ich habe sie mir gerade eben ausgedacht. Diese Zahl hat absolut nichts mit dem tatsächlichen Energiebetrag zu tun, der bei der Bildung einer Fe-S-Bindung freigesetzt wird. Bei der Reaktion $2 Fe_{(s)} + 2 S_{(s)} \to 2 FeS_{(s)}$ werden zwei Eisen-Atome getrennt, dazu ist ein Energiebetrag von 42 erforderlich (die erste ausgedachte Zahl). Außerdem werden zwei Schwefel-Atome getrennt, dazu sind 19 Energieeinheiten erforderlich (die zweite ausgedachte Zahl). Die Aktivierungsenergie für diese Reaktion beträgt demnach 61 Einheiten. Jetzt bilden sich aber zwei Einheiten Eisensulfid FeS. Als Bindungsenergie für FeS hatte ich mir die Zahl 38 ausgedacht. Da zwei FeS-Einheiten entstehen, werden also insgesamt 76 Energieeinheiten freigesetzt, wenn sich die beiden FeS-Einheiten bilden. Für Experten: Ich verwende hier nicht den Begriff "FeS-Moleküle", denn das wäre sachlich falsch. Im Eisensulfid-Kristall zieht jedes Eisen-Teilchen mehrere Schwefel-Teilchen an, und umgekehrt zieht jedes Schwefel-Teilchen mehrere Eisen-Teilchen an. Der Begriff "Molekül" würde den falschen Sachverhalt vortäuschen, dass immer genau ein Fe-Atom mit einem S-Atom verbunden ist. Fassen wir zusammen: Zur Trennung der Fe- und S-Atome mussten wir 61 Energieeinheiten aufwänden, bei der Bildung der FeS-Einheiten werden dagegen 76 Energieeinheiten freigesetzt. Das sind 15 Energieeinheiten mehr, als wir in die Ausgangsstoffe hineinstecken mussten. Das Endprodukt Eisensulfid hat also eine "innere Energie", die 15 Einheiten unter der "inneren Energie" der Ausgangstoffe liegt. Diesen Energieunterschied zwischen Ausgangsstoffen und Endprodukten bezeichnet man auch als Reaktionsenergie. Mathematisch gesehen ist die Reaktionsenergie die Differenz Energie der Reaktionsprodukte - Energie der Ausgangsstoffe Da die Endprodukte energiemäßig 15 Einheiten unter den Ausgangsstoffen liegen, werden bei der Reaktion diese 15 Einheiten an die Umgebung abgegeben. Die Reaktionsenergie dieser Reaktion beträgt also -15 Einheiten. Die Reaktionsenergie ist der Energieunterschied zwischen der Energie der Endprodukte und der Energie der Ausgangsstoffe. Bei exothermen Reaktionen hat die Reaktionsenergie ein negatives Vorzeichen, bei endothermen Reaktionen dagegen ein positives Vorzeichen. Das liegt daran, dass die Energie der Ausgangsstoffe von der Energie der Endprokte abgezogen wird und nicht umgekehrt.
Energiediagramm für die Umsetzung von Eisen mit Schwefel. Willkürlich ausgedachte Zahlen! Ich habe mal das, was oben im Abschnitt gesagt wurde, anschaulich dargestellt. Zumindest hoffe ich, dass die Abbildung anschaulich ist. Fangen wir mit der Besprechung der Abbildung links an. Hier sieht man zwei Eisen-Atome (grau), zu deren Trennung 42 Energieeinheiten notwendig sind. Im selben Kasten (Ausgangsstoffe) befinden sich noch zwei Schwefel-Atome (gelb), für deren Trennung nur 19 Einheiten Energie notwendig sind. Der schräge schwarze Pfeil mit der Zahl 61 verdeutlicht, dass jetzt insgesamt 61 Energieeinheiten in die Ausgangsstoffe hineingesteckt werden müssen, um die Atome voneinander zu trennen. In dem Kasten oben sieht man dann auch die vier Atome, wie sie frei umherschwirren. Der dicke grüne Pfeil rechts veranschaulicht die Aktivierungsenergie für diese Reaktion. Wenn sich jetzt die Eisen-Atome und die Schwefel-Atome zu Eisensulfid-Einheiten verbinden, entstehen neue Bindungen, und es werden zweimal 38 Einheiten Energie freigesetzt, insgesamt also 76 Einheiten. Das wird durch den schrägen schwarzen Pfeil rechts symbolisiert. Der rote Pfeil ganz links soll die "innere Energie" der Ausgangsstoffe und der Reaktionsprodukte symbolisieren. Wenn die Ausgangsstoffe eine "innere Energie" von 15 Einheiten haben, dann hat der sogenannte Übergangszustand (Kasten oben) eine "innere Energie" von 15 + 61 = 76 Einheiten, denn zu den 15 Einheiten sind ja noch einmal 61 Einheiten dazugekommen. Jetzt sind die Ausgangsstoffe "aktiviert" und die Atome können sich neu verbinden. Dabei werden 76 Energieeinheiten freigesetzt. Die "innere Energie" der Reaktionsprodukte liegt also 76 Einheiten unter der Energie des Übergangszustandes und 15 Einheiten unter der Energie der Ausgangsstoffe. Für die "innere Energie" der Produkte habe ich in dieser Graphik einfach mal willkürlich den Wert 0 gewählt, das sieht irgendwie besser aus als ein "krummer" Wert wie 45 oder so. Frage für Experten: Angenommen, man könnte die "innere Energie" der Produkte tatsächlich messen und käme auf einen Wert von 45. Welche "innere Energie" hätten dann die Ausgangsstoffe? Ganz einfach: 45 + 15 = 60. Und welche "innere Energie" hätte dann der Übergangszustand? Auch wieder ganz einfach, nämlich 60 + 61 = 121. Kommen wir jetzt noch einmal zum Begriff der Reaktionsenergie. Das ist ja die Differenz zwischen der Energie der Endprodukte und der Energie der Ausgangsstoffe. Mit Hilfe der Abbildung ist es jetzt gar kein Problem, diesen Wert für die Reaktionsenergie zu berechnen. Die Energie der Endprodukte beträgt 0 Einheiten, die der Ausgangsstoffe 15 Einheiten. Wir müssen also 0 - 15 rechnen und kommen auf die negative Zahl -15. Die Reaktionsenergie beträgt also -15 Einheiten. Für Experten: Diese Zahlen sind alle willkürlich ausgedacht. In Wirklichkeit kann man die "innere Energie" eines Stoffes nicht messen. Was man messen kann, sind Energieunterschiede. Man kann also feststellen, wie hoch die Aktivierungenergie für eine Reaktion ist, und man kann messen, wie viel Energie bei einer Reaktion insgesamt freigesetzt wird, so dass man die Reaktionsenergie berechnen kann. Man könnte natürlich ein künstliches Bezugssystem erfinden und zum Beispiel sagen: Wir setzen die innere Energie von flüssigem Wasser einfach auf den willkürlichen Wert 0, dann kann man leicht die inneren Energien anderer Stoffe wie Eisen oder Schwefel angeben. Das wäre natürlich eine Möglichkeit, die aber, so weit ich weiß, (noch) nicht realisiert worden ist. Page 4Mit recht einfachen Versuchen kann man in der Schule nachweisen, dass bei chemischen Reaktionen die Gesamtmasse der beteiligten Stoffe erhalten bleibt. Ganz besonders raffinierte Lehrer zeigen den Schülern zunächst zwei sich widersprechende Versuche: 1. Brennende Kerze: 2. Eisenwolle: Dann wird meistens ein angeregtes Unterrichtsgespräch geführt, in dem die Schüler idealerweise von selbst darauf kommen, dass in dem ersten Versuch ein Stoff entweicht, nämlich Kohlendioxid, während in dem zweiten Versuch etwas aus der Luft aufgenommen wird, nämlich Sauerstoff, und dass man eigentlich die Versuche unter abgeschlossenen Bedingungen durchführen müsste. Ganz zufällig hat dann der Lehrer schon einen entsprechenden Versuch vorbereitet, und tatsächlich - die Masse der reagierenden Stoffe bleibt erhalten. Hier sind zwei solcher Versuche: 3. Kupferblech und Schwefel: Nach erfolgter Reaktion und Abkühlung des Reagenzglases wird erneut gewogen. 4. Salzsäure und Natronlauge: Es gibt sicherlich noch viele andere Versuche, mit dem man den Massenerhalt zeigen kann; sie alle hier aufzuführen ist sicherlich nicht nötig. Auch hierzu gibt es viele gute Schülerversuche, auf die hier nicht eingegangen werden soll. Stellvertretend soll nur der folgende Versuch beschrieben werden: 5. Kupferblech und Schwefel: Außerdem gibt man eine Portion Schwefelpulver oder -kristalle in das Reagenzglas. Dann wird kräftig erhitzt, so dass eine Reaktion einsetzt, bei der sich Kupfersulfid bildet. Die Schwefelportion muss natürlich so groß sein, dass das gesamte Kupferblech reagiert. Nun kommt der schwierigste Teil des Versuchs. Man muss das Reaktionsprodukt aus dem Reagenzglas herausbekommen, ohne dass Teile abbröckeln. Das Kupfersulfid ist nämlich sehr spröde - im Gegensatz zum Kupferblech. Sollten sich noch Reste von Schwefel am Reaktionsprodukt befinden, so sind diese mit einer schwachen Bunsenflamme im Abzug zu verdampfen. Es darf auf keinen Fall zu einer Reaktion des Kupfersulfids mit dem Sauerstoff der Luft kommen. Nun endlich wird das Reaktionsprodukt gewogen. Jetzt fängt eine mühsame Rechenarbeit an: um wieviel Prozent hat die Masse des Kupferblechs während der Reaktion zugenommen? Der Versuch wird am besten in Gruppen durchgeführt, so dass man die Ergebnisse der einzelnen Gruppen vergleichen und eventuell einen Durchschnittswert berechnen kann. Im Idealfall (der natürlich nie eintritt) haben alle Gruppen die gleiche Massenzunahme berechnet, und schon kann man im Unterricht das Gesetz der konstanten Proportionen oder Massenverhältnisse an die Tafel schreiben.
Hier muss man die Atome zählen! Hier sehen wir noch einmal ein Energiediagramm für die Umsetzung von Eisen mit Schwefel. Dieses Mal liegt der Schwerpunkt aber nicht auf der Energieumsetzung, sondern auf dem Teilchenaspekt. Wir sehen in der Abbildung sechs Eisen-Atome und sechs Schwefel-Atome. Durch die Zufuhr der Aktivierungsenergie (Erhitzen im Reagenzglas) lösen sich die Atome voneinander und "schwirren durcheinander". Einen solchen Zustand nennt man übrigens Übergangszustand. Wenn die Teilchen der Ausgangsstoffe den Übergangszustand erreicht haben, vereinigen sie sich auf neue Weise, die neue Verbindung Eisensulfid entsteht. Die Eisen- und Schwefel-Atome gruppieren sich völlig neu, jedes Eisen-Atom ist von mehreren Schwefel-Atomen umgeben, und jedes Schwefel-Atom gleichzeitig von vielen Eisen-Atomen. Für Experten: Im Eisensulfid liegen Eisen und Schwefel nicht als Atome vor, sondern in Form elektrisch geladener Ionen. Die Eisen-Ionen sind positiv, die Schwefel-Ionen negativ. Das ist der Grund, warum sich die Eisen- und Schwefel-Teilchen im Eisensulfid überhaupt gegenseitig anziehen. Um die beiden Massengesetze zu erklären, müssen wir uns die Energieveränderungen gar nicht anschauen. Es reicht, wenn wir die Teilchen zählen, also die Atome. Dann merken wir, dass sich die Anzahl der Atome während der Reaktion überhaupt nicht verändert hat. Vor der Reaktion hatten wir sechs Eisen- und sechs-Schwefel-Atome, und nach erfolgter Reaktion zählen wir wieder sechs Eisen- und sechs Schwefel-Atome. Das liegt natürliich daran, dass Atome mit chemischen Mitteln unzerstörbar sind. Es können in einem chemischen Versuch keine neuen Atome entstehen, noch können Atome vernichtet werden. Dazu bedarf es "härterer" Maßnahmen (zum Beispiel Teilchenbeschleuniger, Kernkraftwerk etc.). Jedes Atom hat eine bestimmte Masse, das hatte man schon im 19. Jahrhunder herausgefunden. Eisen-Atome haben zum Beispiel die Masse 55,8 u. Das Zeichen "u" steht dabei für "unit", das englische Wort für "Einheit" (da hat man es sich aber wirklich leicht gemacht). Schwefel-Atome haben die Masse 32 u, sind also fast halb so leicht wie Eisen-Atome. Erklärung des ersten MassengesetzesWie erklärt man nun das Gesetz von der Erhaltung der Masse? Ganz einfach. Zu Beginn des Versuchs hatten wir sechs Eisen-Atome, jedes davon hat eine Masse von 55,8 u - das runden wir der Einfachheit halber mal auf 56 u auf. Die sechs Atome haben also zusammen eine Masse von 6 * 56 u = 336 u. Die sechs Schwefel-Atome haben zusammen eine Masse von 6 * 32 = 192 u. Addieren wir nun die Massen der Eisen- und Schwefel-Atome kommen wir auf 336 u + 192 u = 528 u. Da sich während der Reaktion die Anzahl der Eisen- und Schwefel-Atome nicht verändert hat und da auch die Atome sich nicht verändert haben, bleibt die Gesamtmasse von 525 u konstant. Erklärung des zweiten MassengesetzesJedes Eisen-Atom verbindet sich während der Reaktion mit genau einem Schwefel-Atom. Schüler, die gut aufgepasst haben, werden jetzt vielleicht sagen: "Moment mal, war es denn nicht so, dass im Eisensulfid jedes Eisen-Atom von vielen Schwefel-Atomen umgeben ist und jedes Schwefel-Atom von vielen Eisen-Atomen?". Dieser Einwand ist völlig richtig, führt aber leider nicht weiter. Denn entscheidend ist das Verhältnis "Zahl der Eisen-Atome" zu "Zahl der Schwefel-Atome". Und dieses Atomzahl-Verhältnis Fe : S ist im Eisensulfid immer 1 : 1. Da ein Eisen-Atom die Masse von 56 u hat und ein Schwefel-Atom die Masse von 32 u, folgt daraus, dass es eigentlich egal ist, ob sich sechs Eisen-Atome mit sechs Schwefel-Atomen verbinden oder 6000 Eisen-Atome mit 6000 Schwefel-Atomen. Das Verhältnis der Massen bei dieser Reaktion ist immer m(Fe) : m(S) = 56 : 32. Bei jeder chemischen Reaktion reagieren die Atome der Ausgangsstoffe in einem konstanten Atomzahlverhältnis miteinander (Beispiel Fe : S = 1 : 1). Da jede Atomsorte eine bestimmte Masse hat, resultiert daraus ein konstantes Massenverhältnis (Beispiel Fe : S = 56 : 32). Page 5Bereits im letzten Kapitel haben wir gesehen, dass jedes Atom eine bestimmte Masse hat. Kupfer-Atome sind z.B. ungefähr doppelt so schwer wie Schwefel-Atome, und Schwefel-Atome wiederum sind doppelt so schwer wie Sauerstoff-Atome, welche ihrerseits 16 mal so schwer sind wie Wasserstoff-Atome. Wir haben im letzten Kapitel auch dauernd von ominösen "Masseneinheiten" gesprochen. Man wird es nicht glauben, aber man kann die Masse eines Atoms, die Atommasse, tatsächlich in Masseneinheiten angeben, man spricht dann von "units" und kürzt die Maßeinheit mit u ab. Die Atommasse von einem Kupfer-Atom ist dann ca. 65 u, während ein Schwefel-Atom 32 u wiegt. Ein Sauerstoff-Atom hat eine Masse von 16 u, und ein Wasserstoff-Atom eine von 1 u. Leichtere Atome gibt es nicht. Die schwersten bekannten Atome haben eine Masse von über 260 u. Aber warum misst man Atommassen nicht in Gramm? Aus dem gleichen Grund, warum man das Gewicht einer Mücke nicht in Tonnen angibt. Stechmücken wiegen etwa 2 bis 2,5 Milligramm; diese Angabe kann jeder verstehen. Zumindest, wenn man weiß, dass 1 Milligramm der Tausendste Teil eines Gramms ist. Man könnte aber auch sagen, Stechmücken wiegen 0,0000000025 Tonnen. Mit dieser Aussage könnte man nicht so viel anfangen. Auch Atome sind viel zu leicht, als dass man sie vernünftig in Tonnen oder Kilogramm wiegen könnte. Selbst mit Gramm oder Milligramm kommt man nicht viel weiter, sogar mit Mikrogramm nicht (ein Mikrogramm ist ein Tausendstel Milligramm). Die kleinsten Atome (Wasserstoff) sind so leicht, dass ca. 602.200.000.000.000.000.000.000 von ihnen 1 Gramm wiegen. Diese unglaublich große Zahl kann man einfacher als 6,022 * 1023 ausdrücken. Diese wichtige Zahl hat sogar einen eigenen Namen: LOSCHMIDTsche Zahl, nach einem ihrer Entdecker, und wird mit L abgekürzt. LOSCHMIDTsche Zahl: Masse eines H-Atoms: ➥Atommasse Wenn du mehr über Atommassen wissen möchtest und vor allem die Frage klären willst, warum alle Atommassen durch eine "krumme" Zahl dargestellt werden, gehe bitte auf diese Lexikonseite. Du sollteste dann allerdings wissen, was man unter einem Isotop versteht und vielleicht auch schon mal von Einsteins Entdeckung gehört haben, dass Masse und Energie ineinander umgewandelt werden können. 1 g Wasserstoff enthält also genau L Atome. Ein Helium-Atom ist nun genau viermal so schwer wie ein H-Atom. Das heißt, 4 Gramm Helium enthalten ebenfalls L Atome, oder 1 g Helium enthält L/4 He-Atome. Ein Sauerstoff-Atom ist genau 16 mal so schwer wie ein Wasserstoff-Atom. L O-Atome haben also eine Masse von 16 Gramm, und 1 g Sauerstoff enthält L/16 Atome. Warum will man unbedingt wissen, wieviel Gramm L Atome irgendeines Elementes wiegen? Weil man damit hervorragend rechnen kann. Nehmen wir zum Beispiel Eisen und Schwefel. Ein Eisen-Atom verbindet sich immer mit einem Schwefel-Atom zu Eisensulfid. Ein Dutzend Fe-Atome verbinden sich dann stets mit einem Dutzend S-Atomen zu einem Dutzend FeS-Einheiten. Wer den Begriff "Dutzend" nicht mehr kennt: Ein Dutzend sind immer 12 Stück. Ein Dutzend Eier sind 12 Eier. Kommen wir wieder auf die Zahl L zurück. Die LOSCHMIDT-Zahl ist eine ähnliche Mengeneinheit wie ein Dutzend, nur eben etwas mehr: 6,022 * 1023 statt 12. Das heißt: L Fe-Atome verbinden sich stets mit L S-Atomen zu L FeS-Teilchen. Manch einer wundert sich darüber, dass Chemiker dauernd auf das Periodensystem gucken, wenn sie etwas wissen wollen. Das liegt daran, dass in dem Periodensystem alle Elemente nach ihrer Atommasse geordnet sind. Und wenn man die Atommasse eines Elementes kennt, weiß man auch, wie viel Gramm L Atome dieses Elementes wiegen. L Kupfer-Atome haben stets eine Masse von 63,5 g; die Atommasse von Kupfer ist nämlich M(Cu) = 63,5 g / mol. L Schwefel-Atome haben immer eine Masse von 32,0 g; das liegt daran, dass Schwefel eine Atommasse M(S) von 32,0 g / mol hat. Richtig, wer aufgepasst hat, hat es schon bemerkt: Die Menge von L Atomen wird immer als 1 Mol bezeichnet, allerdings schreibt man die Einheit mit einem kleinen "m", also "mol". Das ist so ähnlich wie beim Meter. Die Längeneinheit heißt "Meter", die Einheit, die man hinter die Zahlen schreibt, besteht aber nur aus dem Buchstaben "m". Wenn wir also "1 Mol" lesen, heißt das so viel wie "1 Meter", und wenn wir "1 mol" lesen, ist das ähnlich wie "1 m". Wenn wir wissen, dass immer 1 Cu-Atom mit 1 S-Atom reagiert, so wissen wir auch, dass immer 1 mol Kupfer mit 1 mol Schwefel reagiert, also immer 63,5 g Kupfer mit 32 g Schwefel. Mit Hilfe dieser Kenntnisse kann man nun tolle Berechnungen anstellen. Beispiel 1Wie viel Sauerstoff brauche ich zum Beispiel, wenn ich 100 g Wasserstoff verbrennen will? Als erstes stellt man die Reaktionsgleichung auf, da muss man sich natürlich mit auskennen, sonst bringt das nicht viel: $O_{2} + 2 H_{2} \to 2 H_{2}O$ Aus dieser Gleichung kann man nun ablesen, dass immer 1 mol Sauerstoff mit 2 mol Wasserstoff zu 2 mol Wasser reagiert. 2 mol Wasserstoff haben eine Masse von 4 Gramm, 1 mol Sauerstoff hat eine Masse von 32 Gramm. Also reagieren Wasserstoff und Sauerstoff stets im Massenverhältnis 4 : 32 bzw. 1 : 8. Wenn ich also 1 Gramm Wasserstoff verbrennen will, brauche ich 8 Gramm Sauerstoff. Für 100 g Wasserstoff werden demnach 800 g Sauerstoff benötigt. Beispiel 2Ich möchte die Elemente Kupfer und Schwefel zu Kupfersulfid reagieren lassen, und die Reaktion soll optimal ablaufen; weder soll am Ende im Reagenzglas unverbrauchtes Kupfer übrig sein noch restlicher Schwefel. Wenn ich nun 2 Gramm Kupfer in das Reagenzglas einwiege; wie viel Schwefel muss ich dazugeben, damit die Reaktion optimal und somit auch möglichst heftig verläuft? Zunächst einmal schauen wir uns die Reaktionsgleichung an: $2 Cu + S \to Cu_{2}S$ 2 mol Kupfer reagieren immer mit 1 mol Schwefel zu 1 mol Kupfersulfid. Die Atommasse von Kupfer ist 63,5 g/mol, die von Schwefel 32,0 g/mol. Also reagieren stets 127 g Kupfer mit 32 g Schwefel. Nun müssen wir etwas rechnen, aber das sollte uns ja nicht so schwer fallen. Wir dividieren einfach alles durch 127, und dann stellen wir fest, dass 1 g Kupfer immer mit 32/127 = 0,252 g Schwefel reagiert. Wir hatten aer 2 g Kupfer im Reagenzglas, also müssen wir 0,504 g Schwefel abwiegen. An dieser Stelle hören wir mit den Rechnungen auf; Schüler finden sie immer etwas langweilig, und aus den Richtlinien bzw. Kernlehrplänen verschwinden diese stöchiometrischen Rechnungen auch langsam, obwohl sie schon wirklich wichtig sind, wenn man die Chemie richtig verstehen will. Beispiel 3Für ganz engagierte Schüler daher noch eine richtig schwierige Rechnung: Wie viel Kohlenstoff bleibt eigentlich übrig, wenn ich eine Tüte Haushaltszucker restlos verbrenne? Haushaltszucker oder Saccharose hat die Summenformel C12H22O11. Die Reaktion mit Sauerstoff zu Wasser und Kohlendioxid ist ähnlich kompliziert. Hier die Reaktionsgleichung: $C_{12}H_{22}O_{11} + 12 O_{2} \to 12 CO_{2} + 11 H_{2}O$ Für 1 mol Saccharose werden 12 mol Sauerstoff benötigt, um den Zucker vollständig zu verbrennen. Die Molmasse einer Verbindung ist die Summer aller Atommassen. Wir müssen also 12 mal die Atommasse von Kohlenstoff, 22 mal die Atommasse von Wasserstoff und 11 mal die Atommasse von Sauerstoff addieren, um die Molmasse von Saccharose zu erhalten. 12 * M(C) + 22 * M(H) + 11 * M(O) = 12 * 12 g + 22 * 1 g + 11 * 16 g = 342 g Diese 342 Gramm Zucker reagieren mit 384 g Sauerstoff (12 * 16 * 2), also reagiert 1 g Zucker mit 384/342 g Sauerstoff. Eine Tüte Zucker enthält normalerweise 1 kg oder 1000 g Zucker, also benötigen wir 384/342 * 1000 = 1122,8 g Sauerstoff. Das ist ganz schön viel. Wenn man dann noch bedenkt, dass das Molvolumen von Gasen bei Zimmertemperatur 22,4 Liter beträgt, dass also 1 Mol eines Gases ein Volumen von 22,4 Litern hat, und dass bereits 32 g Sauerstoff 1 mol sind, so kommt man auf ein riesiges Sauerstoff-Volumen, das zur Verbrennung nötig ist. 32 g Sauerstoff = 1 mol = 22,4 Liter 1122,8 g Sauerstoff = 35,09 mol = 786 Liter Es wird also fast ein Kubikmeter Sauerstoff verbraucht, um eine Tüte Zucker zu verbrennen. Die normale Luft enthält 21% Sauerstoff, wir brauchen also das Fünffache an Luft, nämlich 3742,7 Liter oder rund 3,7 Kubikmeter. Page 6 Wir sehen hier drei Stoffe: 18 g Wasser, 32 g Schwefel und 64 g Kupfer. Was haben diese drei Stoffe gemein? Die erste Vermutung, dass es sich um drei Elemente handelt, ist falsch, denn Wasser ist ja bekanntlich eine Verbindung. Auch drei Feststoffe sind es nicht, denn einer der Stoffe ist flüssig. Die gleiche Masse oder das gleiche Volumen haben die drei Stoffe auch nicht. Was also ist das Gemeinsame der drei Stoffe? Alle drei Stoffe bestehen aus der gleichen Anzahl von Teilchen. Der Schwefel enthält 6,022 * 1023 Schwefelatome, das Kupfer 6,022 * 1023 Kupferatome, und das Wasser 6,022 * 1023 Wassermoleküle. Zur Zeit DALTONs fing man an, systematische Experimente mit Elementen und Verbindungen durchzuführen. Sehr schnell erkannte man, dass die Gesamtmasse der Stoffe bei chemischen Reaktionen erhalten bleibt (1. Massengesetz von der "Erhaltung der Masse"). Bald darauf stellte man fest, dass zwei Elemente stets im gleichen Massenverhältnis miteinander reagieren. Kupfer und Schwefel reagieren beispielsweise stets im Massenverhältnis 4 : 1 miteinander, wenn Kupfersulfid entsteht. Beispiel Kupfer und SchwefelZunächst glaubte man, dass sich immer ein Kupfer-Atom mit einem Schwefel-Atom verbindet. Dann müsste ein Kupfer-Atom genau viermal so "schwer" sein wie ein Schwefel-Atom. Später fand man aber heraus, dass sich immer zwei Kupferatome mit einem Schwefelatom verbinden. Daraus schloss man logisch, dass ein Kupfer-Atom genau doppelt so schwer ist wie ein Schwefel-Atom.
Diese schematische Graphik zeigt noch einmal, wie sich zwei Kupfer-Atome mit einem Schwefel-Atom zu einer Kupfersulfid-Einheit verbinden. Für Fortgeschrittene: Kupfersulfid ist eine Ionenverbindung, daher kann man hier nicht von Kupfersulfid-Molekülen sprechen. In dem Ionenkristall kommen aber auf jedes Sulfid-Ion zwei Kupfer-Ionen. Was wusste man nun? Eigentlich noch nicht sehr viel. Immerhin wusste man, dass ein Kupfer-Atom die doppelte Masse eines Schwefel-Atoms hat. Beispiel Schwefel und WasserstoffSchwefel und Wasserstoff reagieren zu dem äußerst giftigem Gas Schwefelwasserstoff. Durch aufwändige Messungen fand man heraus, dass immer eine Massen-Einheit Wasserstoff mit 16 Masseneinheiten Schwefel reagiert. Durch andere Versuche erkannte man, dass Schwefelwasserstoff die Summenformel H2S hat, also eine ähnliche Summenformel wie Wasser H2O, nur dass das Sauerstoff-Atom durch ein Schwefel-Atom ersetzt ist.
Da man wusste, dass Wasserstoff das leichteste aller Elemente ist, gab man seinen Atomen die Masse-Einheit 1. Man kann auch schreiben: M(H) = 1 u, dabei steht der Buchstabe "u" für "unit", das englische Wort für "Einheit". ➥Atommasse Auf dieser Seite wird eine sehr einfache Einführung in den Begriff der Atommasse geboten, für Schüler(innen) der Klasse 8 oder 9. Wenn du mehr über Atommassen wissen möchtest und vor allem die Frage klären willst, warum alle Atommassen durch eine "krumme" Zahl dargestellt werden, gehe bitte auf diese Lexikonseite. Du sollteste dann allerdings wissen, was man unter einem Isotop versteht und vielleicht auch schon mal von Einsteins Entdeckung gehört haben, dass Masse und Energie ineinander umgewandelt werden können. Wenn ein Schwefel-Atom 32 mal so viel wiegt wie ein Wasserstoff-Atom, dann hat ein Schwefel-Atom logischerweise eine Atommasse von 32 u. Wenn nun ein Kupfer-Atom wiederum doppelt so schwer ist wie ein Schwefel-Atom, so muss Kupfer eine Atommasse von 64 u haben. Durch andere aufwändige Versuche konnte man die Atommassen vieler Elemente ermitteln. Als feste Bezugsgröße für diese Atommassen wählte man das Wasserstoff-Atom, dem man willkürlich die Masse 1 u zuwies. Anmerkung für FortgeschritteneDie Referenz für Atommassen ist heute nicht mehr das Element Wasserstoff, sondern das Element Kohlenstoff. Die Einheit der Atommasse, 1u, ist der zwölfte Teil eines Kohlenstoff-Atoms mit 6 Neutronen und 6 Protonen. Wenn du mehr darüber lesen willst, gehe bitte zu meiner Lexikon-Seite "Atommasse". Die LOSCHMIDT-Zahl |
Unterschied zwischen Elementen und Verbindungen im Atommodell von Dalton
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