Reaktionsgleichungen: elementares Eisen aus Eisenoxid gewinnen

Die Erdkruste enthält viel Eisen, etwa fünf Prozent von ihrer Masse. Aber Eisen kommt in der Natur nie in seiner reinen Form vor. Eisen ist in chemischen Verbindungen immer mit anderen Elementen verbunden. Eine häufige Eisenverbindung besteht aus Eisen und Sauerstoff: Eisenoxid. Du kannst das reine Eisen vom Sauerstoff trennen, indem du das Eisenoxid zusammen mit Kohle erwärmst.

Das Eisenoxid wandelt sich dann in reines Eisen um. Aber wo ist der Sauerstoff hin? Er reagiert mit dem Kohlenstoff in der Kohle und bildet Kohlendioxid. Das heißt: Eisenoxid und Kohlenstoff werden zu Eisen und Kohlendioxid. Es gibt mehrere Arten von Eisenoxid.

Das häufigste Eisenoxid hat zwei Eisenatome pro drei Sauerstoffatome. Du schreibst Eisen als Fe. Die chemische Formel für diese Art von Eisenoxid ist also Fe2O3. Eisenoxid besteht nicht aus Molekülen. Es enthält nur zwei Eisenatome und drei Sauerstoffatome.

Aber Fe2O3 ist die kleinste Einheit, die du nutzt, wenn du die chemische Formel von dem Stoff aufschreiben willst. Ein Fe2O3 nennt man die Formeleinheit von Eisenoxid. Mit den chemischen Formeln für alle vier Stoffe lautet die Reaktionsgleichung so: Fe2O3 + C werden zu Fe + CO2. Wenn du eine bestimmte Menge an Eisenoxid hast, kannst du berechnen, wie viel Kohlenstoff du brauchst, um das reine Eisen herauszutrennen. Und wie viel reines Eisen du daraus erhältst.

Um das zu berechnen, musst du die Gleichung ausgleichen. Wenn du eine Reaktionsgleichung ausgleichst, zählst du jede Atomart. Achte darauf, dass ihre Anzahl vor und nach der Reaktion gleich ist. Eine Sache noch, bevor es losgeht: Eisen und Sauerstoff sind zwar in ionischer Form im Eisenoxid. Wir nennen sie aber “Atome", denn hier geht es nur darum, die Gleichung auszugleichen.

Jede Formeleinheit von Eisenoxid vor der Reaktion enthält zwei Eisenatome. Du schreibst den Koeffizienten 2 vor die Eisenatome auf der rechten Seite von der Gleichung. Und die Sauerstoffatome? Davon gibt es vor der Reaktion drei. Ein Kohlendioxidmolekül reicht nicht aus, um drei Sauerstoffatome aufzunehmen.

Versuch es einfach mit zwei Kohlendioxidmolekülen. Nein, dann sind rechts zu viele Sauerstoffatome. Du musst die drei Sauerstoffatome aus dem Eisenoxid in einen Stoff einfügen, der zwei Sauerstoffatome pro Molekül hat. Wie kannst du das schaffen? Halte das Video an und versuch, selbst eine Lösung zu finden.

Du kannst mit zwei Formeleinheiten von Fe2O3 beginnen. Dann hast du vor der Reaktion insgesamt sechs Sauerstoffatome. Sechs Sauerstoffatome passen gut in drei Kohlendioxidmoleküle. Aber denk daran: Du hast gerade die Anzahl an Eisenoxiden vor der Reaktion geändert. Du musst also auch die Anzahl an Eisenatomen auf 4 ändern.

Jetzt musst du noch die Kohlenstoffatome ausgleichen. Du brauchst drei Kohlenstoffatome, um drei Kohlendioxidmoleküle zu bilden. Überprüfen wir nun die Zahlen! Vier Eisenatome auf jeder Seite vom Reaktionspfeil. Sechs Sauerstoffatome vor der Reaktion und sechs danach. Drei Kohlenstoffatome auf jeder Seite.

Die Gleichung ist ausgeglichen. Zwei Eisenoxidmoleküle und drei Kohlenstoffatome reagieren zu vier Eisenatomen und drei Kohlendioxidmolekülen. Hast du verstanden, was mit den Sauerstoffatomen geschehen ist? Du musstest drei Sauerstoffatome von den Reaktanten bekommen, um sie in ein Molekül mit zwei Sauerstoffatomen einzufügen. Du hast das Problem gelöst, indem du die Anzahl an Eisenoxiden verdoppelt hast.

Du brauchst zwei Einheiten von Eisenoxid, um drei Kohlendioxidmoleküle zu bilden. Du kannst das gleiche Problem auch anders lösen. Aber diese Lösung ist etwas schwieriger. Das behandeln wir beim nächsten Mal.