Warum Reaktionsgleichungen ausgeglichen werden
Bei einer chemischen Reaktion gehen keine Atome verloren und es entstehen keine neuen. Das ist das Gesetz von der Erhaltung der Masse, das Antoine Lavoisier im 18. Jahrhundert formuliert hat. Eine Reaktionsgleichung ist deshalb erst dann richtig, wenn von jedem Element links genauso viele Atome stehen wie rechts. Die Zahlen vor den Formeln, die stöchiometrischen Koeffizienten, sorgen für diesen Ausgleich.
Im Unterricht lernt man das Ausgleichen meist durch Probieren: Man beginnt mit dem Element, das in den wenigsten Stoffen vorkommt, und arbeitet sich vor. Bei der Verbrennung von Propan funktioniert das gut, bei Redoxreaktionen wie Kaliumpermanganat mit Salzsäure wird es schnell unübersichtlich. Der Rechner geht systematisch vor und stellt für jedes Element eine Gleichung auf.
Wichtig ist, dass nur die Koeffizienten verändert werden, nie die tiefgestellten Zahlen in den Formeln. Aus H2O darf nicht H2O2 werden, denn das wäre ein anderer Stoff, nämlich Wasserstoffperoxid. Die Formeln geben Sie deshalb so ein, wie sie in der Aufgabe stehen; der Rechner ergänzt nur die Vorzahlen.
So rechnet der Rechner und wo die Grenzen liegen
Mathematisch ist das Ausgleichen ein lineares Gleichungssystem. Jede Formel bekommt einen unbekannten Koeffizienten, jedes Element liefert eine Gleichung. Der Rechner bringt das System mit der Gauß-Jordan-Elimination in Stufenform. Bleibt genau ein Koeffizient frei wählbar, gibt es bis auf ein Vielfaches genau eine Lösung. Diese wird mit dem kleinsten passenden Faktor auf ganze Zahlen gebracht und durch den größten gemeinsamen Teiler gekürzt.
Fehlt ein Stoff oder kommt ein Element nur auf einer Seite vor, gibt es keine Lösung mit lauter positiven Koeffizienten. Der Rechner meldet das, statt ein falsches Ergebnis zu zeigen. Sind dagegen mehrere Koeffizienten frei, beschreibt die Eingabe eigentlich zwei oder mehr unabhängige Reaktionen. Dann lässt sich keine eindeutige Gleichung angeben; teilen Sie die Reaktion in Teilschritte auf.
Ionengleichungen mit Ladungen und Teilgleichungen mit Elektronen, wie sie bei Redoxreaktionen in der Oberstufe vorkommen, kann der Rechner nicht verarbeiten. Schreiben Sie in solchen Fällen die vollständigen Salze, also etwa KMnO4 statt MnO4 mit Ladung. Hydrate geben Sie mit einem Malpunkt oder Stern ein, zum Beispiel CuSO4*5H2O. Groß- und Kleinschreibung der Elementsymbole muss stimmen, denn Co ist Cobalt, CO dagegen Kohlenstoffmonoxid.
Zur Kontrolle zeigt der Rechner die Atombilanz und die Masse je Formelumsatz, berechnet mit den Standard-Atomgewichten der IUPAC. Beide Seiten haben dieselbe Masse, wie es das Massenerhaltungsgesetz verlangt. Mit den Koeffizienten können Sie anschließend im Stöchiometrie-Rechner ausrechnen, wie viel Gramm eines Produkts aus einer bestimmten Menge Ausgangsstoff entstehen.
Tipps und typische Fehler
Gleichungen sicher ausgleichen.
- Formeln: Nie ändern.
- Selten zuerst: Seltenes Element beginnen.
- O und H: Zum Schluss.
- Kontrolle: Atombilanz prüfen.
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Häufige Fragen
Darf ich die tiefgestellten Zahlen ändern?
Nein. Sie bestimmen den Stoff. Ausgeglichen wird nur über die Koeffizienten vor den Formeln.
Warum meldet der Rechner, dass die Gleichung nicht eindeutig ist?
Die Eingabe enthält dann mehrere voneinander unabhängige Reaktionen, die sich in beliebigem Verhältnis kombinieren lassen.
Kann ich Ionen mit Ladung eingeben?
Nein, bitte die vollständigen Salze oder Moleküle eingeben, zum Beispiel KMnO4 und HCl.
Warum muss eine Reaktionsgleichung ausgeglichen sein?
Weil bei einer Reaktion keine Atome verloren gehen oder entstehen. Links und rechts muss von jedem Element dieselbe Anzahl stehen.
Wie gebe ich Kristallwasser ein?
Mit Stern oder Malpunkt, zum Beispiel CuSO4*5H2O.
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