Natrium reagiert mit Wasser unter Bildung von Natriumhydroxid und Wasserstoff. Um die Reaktionsgleichung aufzustellen, kann man in mehreren Einzelschritten vorgehen.
Schritt 1:
Formulieren der Wortgleichung
$Natrium (s) + Wasser (l) \to $
$Natriumhydroxid (aq) + Wasserstoff (g)$
Die Angabe der Aggregatzustände (s = solid, fest; l = liquid, flüssig; g = gaseous, gasförmig, aq = aqua, in Wasser gelöst) ist nicht unbedingt nötig, wird aber von einigen Lehrpersonen gern gesehen.
Zur Schreibweise: Die Angaben (s), (l), (g) oder (aq) werden nicht tiefgestellt, sondern auf gleicher Höhe hinter das Atom, das Ion oder das Molekül geschrieben. Allerdings weiß das nicht jeder, ich selbst habe diese Angaben lang Zeit selbst tiefer gestellt.
Schritt 2:
Erstellen einer einer einfachen Reaktionsungleichung
Wir setzen diese Wortgleichung nun in eine einfache Reaktionsungleichung um. Dazu muss man allerdings die Summenformeln der beteiligten Ausgangsstoffe und Endprodukte kennen. Auf korrekte Zahlen nehmen wir noch keine Rücksicht:
$Na (s) + H_2O (l) \to NaOH (aq) + H_2 (g) $
Schritt 3:
Erstellen der korrekten Reaktionsgleichung
Bei einer Reaktionsgleichung müssen links und rechts die gleichen Anzahlen der Atome stehen, sonst ist es keine Gleichung. Stehen auf der linken Seit beispielsweise drei O-Atome, so müssen auf der rechten Seite ebenfalls drei O-Atome stehen.
Bei der Ungleichung
$Na (s) + H_2O (l) \to NaOH (aq) + H_2 (g) $
stehen auf der rechten Seite drei H-Atome (eins bei NaOH, zwei bei H2), auf der linken aber nur zwei. Wie kann man dieses Problem lösen? Wir versuchen einfach, auf der linken Seite die Zahl der Wasser-Moleküle zu verdoppeln:
$Na (s) + 2 \ H_2O (l) \to NaOH (aq) + H_2 (g) $
Jetzt stehen auf der linken Seite aber zwei O-Atome, auf der rechten Seite aber nur eines. Außerdem stehen auf der linken Seite vier H-Atome, rechts aber immer noch drei. Was machen wir nun? Man könnte die Zahl der NaOH-Einheiten auf der rechten Seite verdoppeln:
$Na (s) + 2 \ H_2O (l) \to 2 \ NaOH (aq) + H_2 (g) $
Nun aber fehlt auf der linken Seite wieder ein Na-Atom, daher müssen wir hier ebenfalls zwei Atome einsetzen:
$2 \ Na (s) + 2 \ H_2O (l) \to 2 \ NaOH (aq) + H_2 (g) $
Das war's dann auch schon.
Alternativer Ansatz
Alternativ hätte man die Reaktionsungleichung vom Anfang, also
$Na (s) + H_2O (l) \to NaOH (aq) + H_2 (g) $
durch Halbierung des Wasserstoffs auf der rechten Seite zu einer richtigen Gleichung umformulieren können:
$Na (s) + H_2O (l) \to NaOH (aq) + \frac{1}{2} H_2 (g) $
Manche Chemie-Lehrer und Lehrerinnen sehen es aber nicht gerne, wenn Brüche in einer Reaktionsgleichung auftauchen. Daher multiplizieren wir einfach die gesamte Gleichung mit dem Faktor 2 und erhalten jetzt die korrekte Gleichung.
$2 \ Na (s) + 2 \ H_2O (l) \to 2 \ NaOH (aq) + H_2 (g) $
Wie wir hier gerade gesehen haben, gibt es nicht immer einen einzigen Weg zur korrekten Reaktionsgleichung. Der zweite Weg, der hier aufgezeigt wurde, ist wesentlich einfacher als der erste Weg, aber vielleicht nicht für jeden sofort ersichtlich.
Didaktische Bemerkung:
Das Aufstellen von Reaktionsgleichungen ist eine der Grundfertigkeiten des Faches Chemie und wird im Unterricht oft überprüft. Ein nicht kleiner Teil der Chemie-Note hängt davon ab, wie gut das Aufstellen von Reaktionsgleichungen beherrscht wird, zumindest in den Stufen 8 bis 10 der Sekundarstufe I des Gymnasiums.
Ein völlig anderes Beispiel
Ein völlig anderes Beispiel, das überhaupt nichts mit Alkalimetallen zu tun hat, stammt aus der organischen Chemie, verdeutlicht aber auch sehr gut, was man beim Aufstellen einer Reaktionsgleichung beachten muss.
Wir wollen das im Erdgas vorkommende Propan verbrennen. Propan reagiert mit Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser. Hier die Wortgleichung:
$Propan + Sauerstoff \to
Kohlendioxid + Wasser$
Nun setzen wir die Summenformeln der vier Verbindungen ein. Propan hat die Summenformel C3H8, Kohlendioxid CO2, Sauerstoff O2 und Wasser H2O:
$C_3H_8 + O_2 \to CO_2 + H_2O$
Auf die Angaben der Aggregatzustände verzichten wir hier einmal. Wenn wir die "Gleichung" betrachten, sehen wir, dass auf der linken Seite drei C-Atome vorkommen, auf der rechten aber nur eines. Das kann man leicht ändern, indem man die Zahl der CO2-Moleküle ebenfalls auf drei erhöht:
$C_3H_8 + O_2 \to 3 \ CO_2 + H_2O$
Nun haben wir links aber acht H-Atome, rechts jedoch erst zwei. Also nehmen wir hier vier Wasser-Moleküle:
$C_3H_8 + O_2 \to 3 \ CO_2 + 4 \ H_2O$
Die Zahl der C- und H-Atome links und rechts stimmt jetzt überein, aber um den Sauerstoff müssen wir uns noch kümmern. Links haben wir zwei O-Atome, rechts aber zehn. Nichts leichter als das:
$C_3H_8 + 5 \ O_2 \to 3 \ CO_2 + 4 \ H_2O$
Damit hätten wir die korrekte Reaktionsgleichung aufgestellt.
Wäre man etwas überlegter an die Sache herangegangen, hätte man sofort gesehen, dass aus den drei C-Atomen des Propans drei CO2-Molelüle entstehen und aus den acht H-Atomen vier H2O-Moleküle. Man hätte dann nur noch die Zahl der O-Atome richtig stellen müssen.