Das Gesetz der Massenerhaltung

“Bei jeder chemischen Reaktion ist die Masse aller Ausgangsstoffe genauso groß wie die Masse aller Produkte.” Das Gesetz der Massenerhaltung geht auf den Franzosen „Antoine Lavoisier (1743-1794)“ zurück. Ende des 18. Jahrhunderts stellte er es auf. Lavoisier interessierte sich bereits in jungen Jahren für die Naturwissenschaften. Durch seine Forschung gilt er heute als einer der Begründer der modernen Chemie. 1794 wurde er während den Wirren der französischen Revolution hingerichtet. Das „Gesetz der Massenerhaltung“ stellt auf den ersten Blick einen Widerspruch zur Realität dar. Denn verbrennt man Holz, so bleibt nur ein kleines Häuflein Asche zurück. Das Häuflein Asche wiegt dabei nur noch einen kleinen Teil der ursprünglichen Holz-Masse. Scheinbar ist folglich Masse verloren gegangen. Im Chemieunterricht wird gerne auch ein weiteres Experiment gezeigt. An einer Balkenwaage befestigt man ein kleines Stück Eisenwolle. Anschließend stellt man die Waage so ein, dass sie sich im Gleichgewicht befindet. Anschließend entzündet man mit einem Streichholz oder Feuerzeug die Eisenwolle. Während die Eisenwolle verbrennt, kann man beobachten wie sich die Balkenwaage auf genau dieser Seite nach unten bewegt. Das bedeutet, die verbrennende Eisenwolle wird schwerer. Für Schüler eine durchaus verblüffende Beobachtung. Sowohl bei der Verbrennung des Holzes wie auch bei der Verbrennung der Eisenwolle liegt der Fehler im Detail. Verbrennt man Holz dann entsteht nicht nur Asche, sondern auch sehr viele verschiedene Gase, die in die Luft entweichen. Diese Gase haben ebenfalls eine Masse. Und wie jede Verbrennung ist auch die Verbrennung von Eisenwolle eine chemische Reaktion mit Sauerstoff. Das Eisen der Eisenwolle verbindet sich mit dem Sauerstoff der Umgebung. Wie jeder Stoff hat auch Sauerstoff eine Masse, allerdings wog man diesen zu beginn nicht mit. Will man das Gesetz der Massenerhaltung von Lavoisier beweisen, benötigt man ein geschlossenes System. In diesem befinden sich vor und nach der Reaktion alle Stoffe. Hat man dies, so stellt man tatsächlich fest, dass Lavoisier Recht hatte. Auch mit Blick auf die Atomebene lässt sich das Gesetz der Massenerhaltung leicht nachvollziehen und verstehen. Betrachten wir dazu beispielsweise die einfache chemische Reaktion zwischen Kupfer und Schwefel. Kupfer ist ein Element und besteht ausschließlich aus Kupfer-Atomen. Auch Schwefel ist ein Element und besteht ausschließlich aus Schwefel-Atomen. Bei der Reaktion zwischen beiden Stoffen ordnen und verbinden sich lediglich die Atome neu. Die Atome selbst verändern sich dabei nicht. Durch die sogenannte Massenspektroskopie konnte man sowohl die Masse eines Kupfer-Atoms als auch eines Schwefel-Atoms bestimmen. Da aber Atome so leicht sind, hat man eine neue Einheit eingeführt. Die Masse von Atomen wird in „u“ (=unit) angegeben. 1u hat eine Masse von 0,000 000 000 000 000 000 000 001 661 g. Ein Kupfer-Atom hat eine Masse von 64u, ein Schwefel-Atom von 32u. Weil sich die Atome bei einer chemischen Reaktion nicht verändern sondern nur neue Verbindungen eingehen, nehmen sie ihre jeweilige Masse mit in die Verbindung. Ein Kupfersulfid-Teilchen wiegt demnach 64u + 32u = 96u. Und sollte man diese Verbindung wieder lösen („Umkehrbarkeit“), so erhält man wieder einzelne Kupfer-Atome mit einer Masse von 64u und einzelne Schwefel-Atome mit einer Masse von 32u. Genau dieser Zusammenhang lässt sich auf alle Reaktionen übertragen und wird im „Gesetz der Massen- erhaltung“ beschrieben.
Allgemeines  Gesetz der Massenerhaltung Experiment  Beispiel zur Massenerhaltung Für Wissbegierige  Albert Einstein und die Massenerhaltung
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© F. Markert 2015
Bei einem Feuer entsteht neben der Asche sehr viel  gasförmiges Kohlenstoffdioxid. Die „scheinbar verlorene Masse“ versteckt sich in den Kohlenstoffdioxid-Teilchen.