Massenkonstanz und Energieerhaltungssatz

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1 Antwort

Moin,

du hast das schon ganz richtig erfasst. Du solltest aber genauer sagen, dass sich die Gesamtmasse (also die Summe der Massen) aller Reaktionsteilnehmer nicht ändert und auch in der Gesamtenergiebilanz Energie weder verloren geht noch entsteht.

Beispiel zum Gesetz der Erhaltung der Masse:

Wenn du ein Streichholz anzündest und verbrennen lässt, bleibt an Ende nur etwas schwarz-Verkohltes übrig. Wenn man das Streichholz vorher wiegt und nachher die Masse des schwarzen Restes bestimmt, so wird man feststellen, dass der Verbrennungsrest weniger Masse hat als das unversehrte Streichholz zu Beginn. Man könnte also auf die Idee kommen, dass die chemische Reaktion der Verbrennung Masse vernichtet hätte. Einen ähnlichen Eindruck bekommt man auch, wenn man Holzscheite zusammenträgt und in einem Lagerfeuer verbrennt. Die zurückbleibende Asche wiegt viel weniger als die Holzscheite am Anfang. Aber diese Eindrücke täuschen, denn sie betrachten nicht die Gesamtheit aller an der Reaktion beteiligten Stoffe, sondern nur einen Teil davon. Wenn du nämlich ein Streichholz in ein Reagenzglas gibst, dieses dann mit einem Luftballon verschließt und dann das Ganze wiegst, so erhältst du die Gesamtmasse eines geschlossenen Systems. Und wenn du dann das Gals in der Nähe des Streichholzkopfes von außen mit einer Brennerflamme erhitzt, so entzündet sich das Streichholz kurz und geht dann wieder aus. Dennoch war die Entzündung und das kurze Brennen eine chemische Reaktion. Wenn du nun am Ende (nachdem sich das System wieder abgekühlt har) erneut wiegst, wirst du feststellen, dass sich die Masse nicht verändert hat. Der Teil nämlich, der nun am Streichholz verkohlt ist, sorgt zwar dafür, dass das Streichholz etwas weniger Masse hat als zuvor und auch die eingesperrte Luft hat nun weniger Sauerstoff als zuvor, aber dafür sind zwei Verbrennungsprodukte hinzugekommen, nämlich Wasser und Kohlenstoffdioxid (und eventuell noch andere). Jedenfalls erhöhen diese Vrebrennungsprodukte die Masse des Gesamtsystems genau um den Betrag, den das Streichholz und der Sauerstoffgehalt der eingesperrten Luft vorher ausgemacht haben. Es haben wohl einige Reaktionsteilnehmer an Masse abgenommen (Holz, Sauerstoff in der eingesperrten Luft), andere haben dafür an Masse zugelegt (Wassergehalt und Kohlenstoffdioxidgehalt in der eingesperrten Luft).

Du könntest den ganzen Versuch auch mit Schwefel und einem Stück Kupferblech in einem mit einem Luftballon verschlossenen Reagenzglas durchführen. Dann würdest du zunächst von außen das Kupferblech erwärmen, um anschließend den Schwefel zu erhitzen. Dann glüht irgendwann das Kupferblech von der Seite, die zum Schwefel gewendet ist bis zum anderen Ende auf und aus dem rötlich-metallischem Kupferblech wird ein blauschwarzer, spröder (zerbrechlicher) Feststoff. Auch hier würde keine Masse verschwinden oder hinzukommen, wenn man das verschlossene Reagenzglas vorher und nachher wiegen würde, auch wenn die Masse einzelner Teilnehmer am Versuch abnehmen würde (Schwefel), während der spröde Feststoff mehr wiegen würde als das Kupferblech zuvor.

Beispiel zur Energieerhaltung:

Wenn du Wasserstoff mit Luftsauerstoff reagieren lässt (zum Beispiel in einer so genannten Knallgasprobe), so gehst du beispielsweise folgendermaßen vor: Du befüllst ein Reagenzglas mit Wasserstoff und hältst es mit dem Daumen zu. Dann führst du die verdeckte Öffnung in die Nähe einer Kerzenflamme, nimmst den Daumen weg und sorgst dafür, dass der Inhalt des Reagenzglases ausströmen kann. Dann macht es irgendwann »Plopp«, das Reagentglas wird warm und beschlägt von Innen. Sauerstoff und Wasserstoff reagieren in einer exergonischen Reaktion miteinander. Das heißt, bei deiner Reaktion wird Energie frei, was du einerseits an der Erwärmung des Reagenzglases feststellen kannst (exotherm) als auch an der Enrstehung einer Schallwelle (Druckwelle; mechanisch verwertbare Energie; »Plopp«-Geräusch). Könnte man nun die Summe des Energiegehaltes der Ausgangsstoffe Wasserstoff und Sauerstoff bestimmen und am Ende den Energiegehalt des entstehenden Wassers (der Beschlag im Inneren des Reagenzglases), so würde man feststellen, dass das Wasser weniger Energie enthielte als die Ausgangsstoffe Wasserstoff und Sauerstoff zusammen. Der Betrag dieser Energiedifferenz wäre genau so groß wie die an die Umgebung abgegebenen Energieformen der Wärme und des Schalls. Für einen genaueren Beweis dieser Behauptung müsstest du die Thermodynamik bemühen, aber das ist nichts für die 8. Klasse...

Ich hoffe, dir ist alles klar geworden. LG von der Waterkant.

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