Wie geht man bei der Reaktionsgleichung von Magnesium und Kohlenstoffdioxid vor?

1 Antwort

Jakubi
13.05.2017, 01:31


Die Frage ist etwas schwammig formuliert. Man kann z.B. aus Versuchs-Beobachtungen Rückschlüsse ziehen:

Bei deinem Fall:

Magnesium
ist ein Salz und ein Feststoff, Kohlenstoffdioxid(Co2) ist ein ein
Gasgemisch, nämlicher der oxidierte Feststoff ,Kohlenstoff. Wenn du das
Experiment durchfürhst, wirst du feststellen ,dass sich bei der Reaktion
ein schwarzer Feststoff absetzt, nämlich Kohlenstoff. Also muss
zwangsläufig als logische Schlussfolgerung das Magnesium mit dem
Sauerstoff reagiert haben, denn der Kohlenstoff ist nun vom Sauerstoff
gelöst. Darauß folgt schonmal die Grundidee:

MG + CO² -> C + MgO

Wenn
du jetzt die Bestandteile nachzählst, die links zugeführt wurden und
rechts entstanden sind, fällt dir sicher auf ,dass Atome nicht
verschwinden können.

Links: 1x MG 1xC 2xO      Rechts: 1xC 1xMG 1xO   -> hier würde 1O verloren gehen

Deswegen
wendet man eine vollkommen legitime Methode an und setzt den Faktor vor
dem MG auf 2 statt auf 1, denn je 1 MG-Atom reagiert mit 1O-Atom. Wenn
ich rein theoretisch versuchen würde MG+ CO² reagieren zu lassen (und
man kann natürlich nicht einzelne Atome miteinander reagieren lassen),
würde garnichts passieren, weil zu wenig MG vorhanden ist. Eigentlich
würde die Formel dann so aussehen:  MG+ CO² -> C + MgO + O . ABER:
Sauerstoff liegt nur als Molekül vor und nicht als einzelnes Atom,
deswegen ist das nicht legitim bzw. instabil.


Du kannst
das aber auch anders herrausfinden. Jeder Stoff hat ein bestimmtes
Interesse mit anderen zu reagieren. Und jedes Teilchen hat eine
unterschiedliche Bindungsfähigkeit mit z.B. Sauerstoff. Magnesium bindet
sich besser mit Sauerstoff als Kohlenstoff. Das kannst du
beispielsweise über Elektronegativitäswerte ermitteln oder über
Ionenschreibweise.


Was heißt Elektronegativität? Die
Fähigkeit eines Elements Elektronen aus einer Bindung an sich zu nehmen.
Der EN steigt im Periodensystem von links unten nach rechts oben an und
man sollte ein paar Zahlen von z.B. C und O wissen, Mg kann man
nachschauen: EN: C(2.55) O(3.44) Mg(1.31).

Die Ionen kann man aus
dem Periodensystem ablesen, sie folgen einfach darauß ,dass die Elemente
versuchen Edelgaskonfiguration zu erreichen, denn das ist der stabilste
Zustand , den sie haben können, eine voll besetze Außenschale. Am
Beispiel Sauerstoff: Ordnungszahl8(Sauerstoff hat 8Protonen und
Elektronen) : Schale1: 2Elektronen (voll) , Bleiben 6 übrig für die 2.
Schale -> 2Elektronen fehlen für 2 volle Schalen, dann hat Sauerstoff
die Edelgaskonfiguration von Neon. Oder es gibt 6 Elektronen ab, dann
hätte es die Edelgaskonfiguration von Helium, nämlich 1 volle Schale.
Die Natur wählt immer den leichteren Weg, also betrachtet man hier die
Differenz: +2 oder -6 -> folglich liegt Sauerstoff als Ion in der
Form O^-2 vor. Diesen Gedankengang kann man sich aber sparen, da das
Periodensystem so angelegt wurde, dass man diese Schlussfolgerung immer
aus der jeweiligen Position ablesen kann: Die 1. Hauptgruppe ist immer
+1, die 2. +2, die 3. +3 , die 4. +4oder-4, die 5. dann -3, die 6. -2
und die 7. -1 und die 8. sind die Edelgase, welche die stabile volle
Außenschale haben. Warum haben die 4. +4 oder -4? -> Beispiel
Kohlenstoff: Ordnungszahl6-> 1. Schale(2Elektronen) ist voll und 4
Elektronen bleiben übrig. Um die 2. zu füllen benötigt man 8-4 also
weitere 4 Elektronen. Um nur eine volle Schale zu behalten muss
Kohlenstoff seine überschüssigen Elektronen abgeben. Das sind in diesem
Fall auch 4. Also ist die Differenz in beiden Fällen gleich und es kann
sich sowohl um C^-4 oder C^+4 handeln. (Die Schalen haben die
Elektronenanzahlen 1.Schale: 2 , 2.Schale:8 , 3.Schale:18, Formel:
2xN^2).

So... Daraus folgt: Mg^2+ , C^4-/C^4+ , O^2-

In Ionenschreibweise lautet die Gleichung dann erstmal nur:

Mg^2+   +   (C^4+ O²^2-) -> ? + ?

Man
erkennt, dass die Summe von CO² 0 sein muss, weil Verbindungen in der
Natur immer nur mit einer Ladungszahl von 0 nach außen hin stabil
vorliegen können. Mg2+ gibt es deswegen nur als Ion während der Reaktion
und wäre in freier Natur instabil. Kohlenstoff muss logischerweise hier
positiv geladen sein, weil Sauerstoff doppelt negativ geladen ist. In
der Summe gibt das bei CO²:

4+(C)  +  (2- x 2)(O²) = 0 . Die
Ladung von Sauerstoff ist doppelt gewertet, weil es als Molekül
vorliegt. Man kann hier jetzt verschiedene Theorien aufstellen, bzw. die
Annahme, dass Mg mit C reagiert lässt sich in dieser Darstellung dann
schnell ausschließen, weil beide positiv geladen sind und somit nicht an
Stabilität gewinnen würden , wenn sie sich verbinden würden. Damit die
Formel richtig wird muss man sich klar werden ,dass während des Vorgangs
von Mg zu Mg^2+ das Mg 2 Elektronen freisetzt. Darauß folgt:

Mg -> Mg^2+  + 2e-         und  CO²  -> C^4+   + O²^2-

-> Mg^2+  + 2e-     CO²  ->  C^4+ +2e-   + O²^2- +Mg^2+

Da
Kohlenstoff elektronegativer ist als Magnesium nimmt es die Elektronen
eher an sich als Mg (in dem Zeitpunkt in dem alle Elemente als Ionen
vorliegen). Die Ladung 4+ kann aber nicht durch 2- ausgeglichen werden
und ebenfalls die doppelt negative 2- Ladung von Sauerstoff kann nicht
durch das einzelne 2+ von Magnesium ausgeglichen werden. Also muss man
der Reaktion 2Mg zufügen statt 1.

-> 2Mg -> 4e- + 2Mg^2+

->2Mg^2+ +4e- +CO² -> C^4+ +4e-   + O²^2- + 2xMg^2+

Jetzt
erkennt man auch wieso nur MgO existieren kann und nicht MgO², denn
sonst würde die Gleichung wieder nicht aufgehen und 1Mg übrig bleiben
sowie, im Zustand MgO² wäre die Ladungssumme insgesamt instabil:

MgO² : Mg 2+ und O²^2- = +2  + 2x -2 = -2 -> Instabil

MgO: Mg2+ und O^2- = +2 + -2 = 0  -> Stabil

Und aus C^4+ + 4e- lässt sich dann die Reaktion:

C^4+ + 4e- -> C schließen. Und C ist somit Stabil, hingegen C^4+ ist instabil.


Es
lohnt sich also immer die einzelne Ionenschreibweise auszuführen , um
dann festzustellen welche Kombinationen stabil und somit sinnvoll sind
und welche instabil wären und somit nicht möglich. Selten sind auch
Zwischenstufen möglich, in der es nicht nur 1 Reaktion wie x +y+z ->
xy +z, sondern 2 Reaktionen stattfinden, wie z.B. : x + y +z -> xz +y
-> zy + x. Aber das ist selten und wird auch in der Schule nicht
abverlangt.




Du solltest dich also
am besten mit den Begriffen Elektronegativität, Ladungszahl und
Edelgaskonfiguration auseinandersetzen. Die Ionenschreibweise
funtkioniert allerdings nicht bei Atombindungen, bei denen Elektronen
geteilt werden. Du musst eigentlich immer über die Stabilität der
einzelnen Verbinungen argumentieren und Rückschlüsse ziehen.


Ich hoffe das konnte dir irgendwie helfen und hat dich nicht noch mehr verwirrt.


Grüße Jakubi