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Chemische Reaktion
  
 Bei chemischen Reaktionen werden Stoffe ("Edukte") unter Abgabe oder Aufnahme von Reaktionswärme in andere Stoffe ("Produkte") umgewandelt. Aus "Stoff a" (z.B. Kupfer) und "Stoff b" (Schwefel) wird ein neuer "Stoff c" (Kupfersulfid). Dies stellt der Chemiker in einem Reaktionsschema dar: 
 
Kupfer  +  Schwefel   Kupfersulfid
"Kupfer und Schwefel reagieren zu Kupfersulfid"
  
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Edukte, Reaktionsprozess, Produkt
  
  
Bei der Reaktion selbst wandeln sich chemische Stoffsysteme in neue Stoffsysteme um. Dabei wird entweder Energie frei (exotherme Reaktion) oder Energie verbraucht (endotherme Reaktion). Der Reaktionsprozess unterliegt einem Zeitfaktor. Die Änderungen, die dabei in einer bestimmten Zeitspanne auftreten, bezeichnet man als Reaktionsgeschwindigkeit. Damit eine chemische Reaktion überhaupt anläuft, ist in der Regel Aktivierungsenergie oder das Vorhandensein eines Katalysators notwendig. 
  
  
Reaktionstypen 
  
Es existieren verschiedene Typen von Reaktionen. Bei Stoffzerlegungen (Analysen) entstehen aus chemischen Verbindungen chemische Elemente oder einfachere Verbindungen. Zu dieser Art von Reaktionen gehören die Reduktionen und in der organischen Chemie die Eliminationsreaktionen. Die Buchstaben in den Beispielen stehen für Atomsorten (ohne Berücksichtigung der Anzahl): 
  
Wasser   Wasserstoff  +  Sauerstoff 
    AB             A           +       B 
  
Kupferacetat   Kupfer  +  Essigsäure 
      ABCD       A       +      BCD 
 
Bei Stoffvereinigungen (Synthesen) entstehen aus chemischen Elementen chemische Verbindungen oder aus Verbindungen höhere Verbindungen. Hierzu zählen die Oxidationen, die Sulfidreaktionen und in der organischen Chemie die Additionsreaktionen. Beispiele: 
  
Kupfer  +  Schwefel   Kupfersulfid 
      A     +         B         AB 
  
Kohlenstoffdioxid  +  Wasser   Kohlensäure 
            AB              +     CB        ABC 
 
Bei Stoffumsetzungen werden Atome oder Atomgruppen ausgetauscht, z.B. in der organischen Chemie bei den Substitutionsreaktionen und in der Anorganik bei den Redoxreaktionen: 
  
Eisenoxid  +  Aluminium   Eisen  +  Aluminiumoxid 
       AB      +        C        A     +          BC 
 
  
Chemische Gesetze 

Bei chemischen Reaktionen gilt das Gesetz der Erhaltung der Masse. Dieses Gesetz wurde von dem französischen Chemiker Antoine Lavoisier (1743-1794) und dem russischen Naturforscher Michail Wassiljewitsch Lomonossow (1711-1765) formuliert: 
  
  

Gesetz der Massenerhaltung 
 
 Antoine Lavoisier 
"Nichts wird bei den Operationen künstlicher oder natürlicher Art geschaffen, und es kann als Axiom angesehen werden, dass bei jeder Operation eine gleiche Quantität Materie vor und nach der Operation existiert".  
   
Antoine Lavoisier
  
  
 
(Dabei berücksichtigten sie allerdings nicht, dass bei einer chemischen Reaktion die Masse auch minimal abnehmen kann, während Energie in die Umgebung abgegeben wird.) Der französische Chemiker Joseph Louis Proust (1754-1826) formulierte als erster das Gesetz der konstanten Massenverhältnisse: 
  
  
Gesetz der konstanten Massenverhältnisse
 
 Joseph Louis Proust 
In einer chemischen Verbindung sind die Atome stets in einem bestimmten Massenverhältnis enthalten. Bei einer chemischen Reaktion reagieren die beteiligten Stoffe stets in typischen, konstanten Massenverhältnissen.  
   
Joseph Louis Proust
  
   
  
Der französische Physiker und Chemiker Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) formulierte das Volumengesetz: 
  
  
Volumengesetz von Gay-Lussac 
 
 Jospeh Louis Gay-Lussac Gase reagieren stets in Volumenverhältnissen kleiner ganzer Zahlen:  
   
H2 und Chlor im Verhältnis 1:1  
H2 und Sauerstoff im Verhältnis 2:1  
H2 und Stickstoff im Verhältnis 3:1
  
   
  
Der Italiener Amedeo Avogadro (1776-1856) stellte auf der Grundlage dieser Erkenntnisse diese Hypothese auf: 
  
 
Satz des Avogadro
 
 Amedeo Avogadro In einem bestimmten Gasvolumen sind bei gleichen äußeren Bedingungen (Druck, Temperatur) immer gleich viele zählbare Einheiten (Teilchen) enthalten, unabhängig um welches Gas es sich handelt. 
  
   
  
Die als Satz des Avogadro bekannte Aussage besagt, dass in einem Liter Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff oder Wasserdampf gleich viele Wasserstoff-, Stickstoff, Sauerstoff- oder Wasser-Moleküle enthalten sind. 
  
  
Aufstellen von Reaktionsgleichungen 

Reaktionsgleichungen werden nach der chemischen Zeichensprache in Formelschreibweise angegeben. Dabei gilt: Die Zahl der beteiligten Atome der Ausgangsstoffe entspricht der Zahl der Atome bei den Produkten (nach dem Gesetz der Erhaltung der Masse). Die Reaktionswärme DHR wird in kJ/mol angegeben (bei Werten <0 wird Energie frei). 
  
Wasserstoff  +  Sauerstoff   Wasser 
       2 H2        +         O2     2 H2O      ΔHR = -572 kJ/mol (exotherm) 
  
Das Ausgleichen der Gleichung und die Berechnung der Massen und Volumina der beteiligten Stoffe erfolgt mit Hilfe der Stöchiometrie. Dabei dürfen die bei einer Reaktionsgleichung verwendeten chemischen Formeln nicht verändert werden. Es dürfen aber beliebig viele Atome oder Atomverbände verwendet werden (nach dem Gesetz der konstanten Massenverhältnisse). Diese Verhältnisse drücken sich in den ganzen Zahlen vor den chemischen Formeln aus. Zur genauen Ausbeuteberechnung von chemischen Reaktionen werden chemische Einheiten wie die Stoffmenge und die molare Masse benötigt. 
  
  
Umkehrbarkeit von chemischen Reaktionen 
  
Chemische Reaktionen sind prinzipiell auch umkehrbar. So kann aus Wasser durch eine Elektrolyse wieder Wasserstoff und Sauerstoff gewonnen werden: 
  
Wasser   Wasserstoff  +  Sauerstoff 
  2 H2        2 H2         +        O2     ΔHR = +572 kJ/mol (endotherm) 
  
Der Energieumsatz kehrt sich dabei um: Während bei der exothermen Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff Energie frei wird, benötigt man bei der elektrolytischen Zerlegung von Wasser Energie in Form von elektrischen Strom. Verlaufen chemische Reaktionen dagegen in einem geschlossenen System, stellt sich ein chemisches Gleichgewicht ein, so dass Ausgangsstoffe und Produkte in einem bestimmten Mengenverhältnis gleichzeitig vorliegen. 

 
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