Wie gleiche in schwierige Reaktionsgleichungen schnell aus?
Welche alternativen Möglichkeiten gibts es, um chemische Reaktionsgleichungen ausgleichen? Einfache Reaktionen kriege ich ja schon hin, aber so schwierigere Reaktionen wie :
Ca5(PO4)3OH+4H3O->5Ca+3HPO4+5H2O(war in einer klausur)
würde ich nicht hinbekommwn. Gibt es irgendeinen mathematische Alternative, solche Horrorreaktionen auszugleichen? Ich kann das schlecht in KlausUren, da ich nicht auf diese Zahlen komme. (ICH VERZWEIFEL SCHON DEN GANZEN TAG DARAN, SELBER AUF DIE LÖSUNG ZU KOMMEN, WELCHE AUF WIKIPEDIA ZU SEHEN IST.)
Es geht mir darum, selber auf die Lösung zu kommen.
2 Antworten
Grundsätzlich gibt es zum Aufstellen von Reaktionsgleichungen formale Tricks (z.B. Elektronenbilanzen bei Redoxreaktionen), und ansonsten hilft es, wenn man Hirn einsetzt und vereinfacht.
Deine Reaktion besteht aus zwei Reaktionen, die einfach Protonen übertragen:
PO₄³¯ + H₃O⁺ ⟶ HPO₄²¯ + H₂O
OH¯ + H₃O⁺ ⟶ 2 H₂O
Der Ausgangsstoff ist Ca₅(PO₄)₃(OH), also nehmen wir dreimal die obere und einmal die untere Reaktion:
3 PO₄³¯ + OH¯ + 4 H₃O⁺ ⟶ 3 HPO₄²¯ + 5 H₂O
So, jetzt schreiben wir die linke Seite als Ca₅(PO₄)₃(OH), und fügen rechts noch 5 Ca²⁺-Ionen hinzu und fertig (es lohnt sich aber, zur Sicherheit nochmals die Bilanzen für Atomsorten und die Landung nachzuprüfen)
Ca₅(PO₄)₃(OH) + 4 H₃O⁺ ⟶ 5 Ca²⁺ + 3 HPO₄²¯ + 5 H₂O
Aus welchen Ausgangsstoffen willst Du das Ca₅(PO₄)₃(OH) denn herstellen?
Calciumnitrat, Kaliumdihydrogenphosphat und Natronlauge(s. Wikipedia-Artikel)
Wir haben also Ca(NO₃)₂, KH₂PO₄ und NaOH zur Verfügung. Um das Produkt Ca₅(PO₄)₃(OH) zu bekommen, brauchen wir fünf Ca²⁺-Ionen, ein OH¯-Ion und drei PO₄³¯-Ionen. Die ersten zwei sind unproblematisch (da nehmen wir einfach Ca(NO₃)₂ und NaOH als Ausgangssubstanzen, aber das PO₄³¯ müssen wir erst herstellen gemäß:
KH₂PO₄ + 2 NaOH ⟶ K⁺ + 2 Na⁺ + PO₄³¯ + 2 H₂O
Also setzen wir unsere Reaktionsgleichung einfach an aus 5 Ca(NO₃)₂ fürs Calcium, einer NaOH für das Hydroxid im Produkt, und 3 KH₂PO₄ + 6 NaOH für das Phosphat:
5 Ca(NO₃)₂ + NaOH + ( 3 KH₂PO₄ + 6 NaOH ) ⟶ Ca₅(PO₄)₃(OH)
Nach der oben angeschriebenen Reaktionsgleichung wissen wir, daß pro KH₂PO₄ zwei H₂O-Moleküle entstehen, also schreiben wir das auch noch dazu, und vereinfachen auf der linken Seite:
5 Ca(NO₃)₂ + 3 KH₂PO₄ + 7 NaOH ⟶ Ca₅(PO₄)₃(OH) + 6 H₂O
Außerdem haben wir noch drei K⁺ und sieben Na⁺ links stehen, die können wir mit den zehn NO₃¯-Ionen aus dem Ca(NO₃)₂ verheiraten:
5 Ca(NO₃)₂ + 3 KH₂PO₄ + 7 NaOH ⟶ Ca₅(PO₄)₃(OH) + 3 KNO₃ + 7 NaNO₃ + 6 H₂O
Du siehst, daß jetzt alle Bilanzen stimmen, also ist es fertig.
KH₂PO₄ + 2 NaOH ⟶ K⁺ + 2 Na⁺ + PO₄³¯ + 2 H₂O
Gibt es eine allgemeine Formel, die die Reaktion von Basen und Salzen beschreiben oder wie kommt man darauf? Wieso nimmt das Hydroxid das Wasserstoff Ion und nicht das Kalium Ion?
Hat sich geklärt. Dieses Kaliumdihydrogenphosphat ist das Salz der Phosphorsäure. Säuren geben ja IHRE Protonen raus, was ja das Wasserstoff ist..
Nun, indem Du zuerst einmal einen Ausgangsstoff festlegst. Nehmen wir die (nicht unbedingt leichte) Ammoniakverbrennung zu NO
NH3 + O2 ------> NO + H2O
Setzen wir der Freude für NH3 erst einmal den Koeffizienten 6
6 NH3
Jedes N benötigt ein O, je zwei H benötigen ebenfalls ein O. Nun haben wir nicht O, sondern O2. Das macht die Sache nicht leichter. Gut
6 N ---> 6 O ---> 3 O2
18 H ----> 9 O ----4,5 O2
Aber machen wir erst einmal weiter:
6 NH3 + 7,5 O2 ----> 6 NO + 9 H2O
Das können wir vereinfachen, indem wir durch 1 1/2 teilen!
4 NH3 + 5 O2 ----> 4 NO + 6 H2O.
Stimmt auffallend. Ist nicht das allerverkehrteste Verfahren.
Da kann ich es ja bei 1 Ca5(PO4)3OH belassen. Alles Weitere ergibt sich ja geradezu von selbst.
Das ist im Grunde nicht schwer. Du brauchst nur dafür zu sorgen, dass die Atome sämtlicher Elemente auf beiden Seiten gleich ist.
Eine Hilfe bietet Dir natürlich die Ladung
So hat jedes HPO4-Ion die Ladung 2-, jedes Ca-Ion die Ladung 2+
Da nun 3 HPO4-Ionen und 5 Ca-Ionen entstehen, muss für einen Ausgleich an H3O+ gesorgt werden. Das sind natürlich vier. Und jetzt braucht nur noch der Wasserausgleich vorgenommen werden. Das ist alles.
Kannst du bitte dasselbe Schema für die Sythese von Ca₅(PO₄)₃(OH) machen, damit ich ein zweites Beispiel habe(Kommen solche langen konplizierten Reaktionsgleichungen in der/im Uni/Oberstufe Chemie LK dran?!)