Warum muss vor und nach der Reaktion die Anzahl der Atome jeder Atomsorte gleich sein?

Moin,

aufgrund des chemischen "Gesetzes zur Erhaltung der Masse".

Dieses "Gesetzt" besagt, dass die Summe der Massen aller Ausgangsstoffe (Edukte) und die Summe der Massen aller Endstoffe (Produkte) gleich groß ist.

Daraus kannst du folgern, dass bei einer chemischen Reaktion keine Masse hinzukommt (neu entsteht) und im Prinzip auch keine Masse verloren geht (verschwindet).

Wie kommt man auf die Idee, warum das anders sein sollte?! Nun, die Beobachtung, dass das Verbrennen eines Stücks Kohle zu Ascheresten führt, die deutlich leichter sind als das ursprüngliche Kohlestück, scheint zu zeigen, dass bei dieser Verbrennungsreaktion Masse verloren geht.
Wenn man dagegen Eisenwolle mit Hilfe einer Flamme tüchtig durchglühen lässt, wiegt die dann blau-schwarz gewordene Eisenwolle am Ende mehr als ursprünglich. Das scheint also zu zeigen, dass durch die Reaktion Masse hinzugekommen ist.
Tatsächlich stimmt aber weder die eine Aussage noch die andere. Bei der Verbrennung der Kohle entsteht unter anderem Kohlenstoffdioxid, das als unsichtbares Gas in die Luft entweicht. Dieses gasförmige Reaktionsprodukt hat aber selbstverständlich auch eine Masse, die berücksichtigt werden muss.
Umgekehrt reagiert die Eisenwolle beim Durchglühen mit dem Luftsauerstoff, der die Wolle umgibt. Dementsprechend wird die Luft um den Anteil an Sauerstoff leichter, wie die Eisen(oxid)wolle an Masse zunimmt.
Wenn du solche Reaktionen in einem geschlossenen System durchführst, würdest du feststellen, dass die Masse vor und nach dem Versuch praktisch gleich groß wäre...

Wie kommt das? - Die kleinsten Teilchen der Materie (Atome oder Ionen) haben alle eine Ausdehnung (Volumen) und eine Masse. Bei einer chemischen Reaktion werden diese kleinsten Teilchen nicht (aus dem Nichts) neu gebildet. Deshalb kann die Masse nicht größer werden, wenn man alle Reaktionsteilnehmer berücksichtigt.
Es wird andererseits durch eine chemische Reaktion auch keins der kleinsten Teilchen vernichtet. Deshalb kann die Masse aller Teilnehmer im Prinzip auch nicht abnehmen.
Du kannst dir das so vorstellen, dass die kleinsten Teilchen der Materie bei einer chemischen Reaktion lediglich neu angeordnet werden. Dann ist auch klar, dass die Masse erhalten bleibt, wenn man alle Reaktionsteilnehmer berücksichtigt.

Eine letzte Anmerkung: Warum schrieb ich stets "im Prinzip", wenn es um den "Verlust" von Masse bei chemischen Reaktionen ging? - Nun, das liegt daran, dass aufgrund des sogenannten Massendefekts bei exothermen Reaktionen tatsächlich die Summe der Massen aller Produkte der Reaktion minimal kleiner sind, als die Summe der Massen aller Edukte. Aber dieser reale Masseverlust ist so klein, dass er unberücksichtigt bleiben mag. So gehen zum Beispiel bei der Verbrennung von 1000 g Kohlenstoff mit 2664 g Sauerstoff knapp 100 Billionstel der Masse verloren, also gerade einmal 0,0000000000995 g. In der Chemie übergeht man diese unmessbar kleine Größe gerne, während das in der Physik ausreicht, um den Masse-Erhaltungssatz in dieser Form nicht zu akzeptieren. Darum also: Es geht bei chemischen Reaktionen im Prinzip keine (relevant messbare) Masse verloren...

LG von der Waterkant

Chemische Reaktionen können keine Atome verschwinden lassen, oder Atome eines Elementes zu denen eines anderen Elementes umbauen. Grundsätzlich geht das zwar, aber die Energieumsätze von Elementumwandlungen sind *viel* größer als die von chemischen Reaktionen. Deshalb knallen Nuklearwaffen (die Elemente umwandeln) auch viel lauter als traditionelle chemisch betriebene Bomben.