Das Gesetz der Massenerhaltung
„Masse kann bei einer chemischen Reaktion weder erzeugt noch vernichtet werden."
Bei einer chemischen Reaktion ordnen sich Atome neu an und bilden neue Stoffe. Es erscheinen keine Atome aus dem Nichts, und keines verschwindet. Das bedeutet:
Dieses Gesetz wurde erstmals klar vom französischen Chemiker Antoine Lavoisier in den 1780er Jahren durch sorgfältige Experimente mit versiegelten Behältern formuliert.
Warum scheint sich die Masse manchmal zu verändern?
In offenen Behältern:
- Verbrennung: Sauerstoff aus der Luft wird hinzugefügt, sodass die Produkte schwerer sein können als der ursprüngliche Brennstoff. Umgekehrt entweichen das gebildete Kohlenstoffdioxid und der Wasserdampf in die Luft, was den festen Rückstand leichter macht.
- Thermische Zersetzung eines Carbonats: CO₂-Gas entweicht, sodass der verbleibende Feststoff leichter ist — aber die Gesamtmasse (einschließlich des Gases) ist gleich.
Wenn du Calciumcarbonat in einer offenen Schale erhitzt und nur den Feststoff vorher und nachher wiegst, scheint Masse verloren gegangen zu sein. Aber die „fehlende" Masse ist das Kohlenstoffdioxidgas, das in die Luft entwichen ist. Sammle und wiege auch das Gas — die Gesamtmasse bleibt erhalten.
Ausgeglichene chemische Gleichungen
Die Massenerhaltung zeigt sich in ausgeglichenen Gleichungen: Auf beiden Seiten erscheint die gleiche Anzahl jedes Atomtyps.
Beispiel: Methan verbrennen
Zählen: 1 C, 4 H, 4 O auf jeder Seite. ✓
Beispiel: Eisen + Schwefel
1 Fe und 1 S auf jeder Seite. ✓
Massen in Reaktionen berechnen
Mit Hilfe der Massenerhaltung kann man, wenn man die meisten Massen in einer Reaktion kennt, die restlichen berechnen.
Beispiel: 10 g Calciumcarbonat werden erhitzt. Es entstehen 5,6 g Calciumoxid. Welche Masse Kohlenstoffdioxid wurde produziert?
Überprüfe deine ausgeglichenen Gleichungen immer, indem du die Atome auf beiden Seiten zählst. Wenn sie nicht übereinstimmen, passe die Zahlenwerte vor den Formeln (Koeffizienten) an — verändere niemals die Formeln selbst.
Praxisbezug: Rostendes Eisen gewinnt scheinbar Masse
Ein an feuchter Luft ausgesetzter Eisennagel nimmt an Masse zu — der Rost (Eisenoxid) ist schwerer als das ursprüngliche Eisen, weil Sauerstoffatome aus der Luft mit den Eisenatomen verbunden haben. Die Gesamtmasse bleibt erhalten: die vom Nagel gewonnene Masse entspricht der Masse des aus der Luft aufgenommenen Sauerstoffs. 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ — jedes Sauerstoffatom wird auf beiden Seiten der Gleichung berücksichtigt.
Praxisbezug: Verbrennendes Holz verliert scheinbar Masse
Ein Baumstamm im Feuer scheint an Masse zu verlieren, während er zu einem kleinen Aschehaufen verbrennt. In Wirklichkeit wurde der größte Teil der Masse in CO₂ und H₂O-Dampf umgewandelt, die in die Luft entweichen. Wenn man alle Gase sammeln und ihre Masse zur Asche addieren könnte, würde sie der ursprünglichen Masse des Stammes plus dem verbrauchten Sauerstoff entsprechen. Masse bleibt erhalten — die entweichenden Gase sind nur schwer zu sehen.
Praxisbezug: Reaktionen in einem versiegelten Behälter abwiegen
Chemiker beweisen die Massenerhaltung, indem sie Reaktionen in versiegelten Behältern auf einer Waage durchführen. Backnatron (NaHCO₃) und Essig (Essigsäure) in einem verschlossenen Beutel mischen: das entstehende CO₂ bleibt im Beutel. Die Waage ändert sich vor und nach der Reaktion nicht. Öffnet man den Beutel und lässt das CO₂ entweichen, sinkt die angezeigte Masse scheinbar — was bestätigt, dass die „fehlende" Masse das Gas war.
Wo begegnet dir das im Alltag? Rostendes Eisen nimmt Masse zu (nimmt Sauerstoff auf), verbrennendes Holz verliert scheinbar Masse (CO₂ und Wasserdampf entweichen), Backnatron und Essig im verschlossenen Beutel (Masse unverändert) — Massenerhaltung wirkt bei jeder Reaktion um dich herum, selbst wenn die Beweise scheinbar das Gegenteil zeigen.