Ein Element ist ein Stoff, den man chemisch nicht weiter zerlegen kann. Beispiele: Eisen, Kupfer, Kohlenstoff, Sauerstoff. Man kennt mehr als 100 Elemente.

Eine Verbindung ist ein Stoff, der sich chemisch in andere Stoffe zerlegen lässt. Wasser lässt sich in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen, Eisensulfid in Eisen und Schwefel. Eine Verbindung entsteht, wenn Elemente reagieren.

Eine Verbindung hat ganz andere Eigenschaften als ihre Elemente. Wasser löscht Feuer, aber Wasserstoff brennt und Sauerstoff fördert Feuer. Eine Verbindung ist auch kein Gemisch: Du kannst sie nicht mit Magnet, Sieb oder Filter trennen, und die Elemente stecken immer im gleichen Verhältnis darin.

Die kleinsten Bausteine der Stoffe heißen Atome. Der Name kommt aus dem Griechischen und bedeutet „unteilbar“. Um 1800 stellte der Engländer John Dalton eine Vorstellung davon auf:

• Alle Stoffe bestehen aus Atomen, die man sich als winzige Kugeln denkt.
• Alle Atome eines Elements sind gleich, besonders in ihrer Masse. Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich.
• Bei einer chemischen Reaktion werden Atome weder erzeugt noch vernichtet. Sie ordnen sich nur neu an.

Heute weißt du, dass Atome einen inneren Bau haben (das ist Thema der nächsten Lektion). Für Formeln und Reaktionsgleichungen reicht aber Daltons Modell.

Jedes Element hat ein Symbol aus einem oder zwei Buchstaben. Der erste Buchstabe ist groß, der zweite klein. Es sind meist die Anfangsbuchstaben des lateinischen Namens.

Ein Molekül ist ein Teilchen aus mehreren Atomen, die fest zusammenhalten. Die Molekülformel nennt die Atome. Die kleine, tiefgestellte Zahl sagt, wie viele Atome des Elements im Molekül sind. Steht keine Zahl, ist es ein Atom.

$\mathrm{H_2O}$ ist ein Wassermolekül mit 2 Wasserstoffatomen und 1 Sauerstoffatom. $\mathrm{CO_2}$ hat 1 Kohlenstoffatom und 2 Sauerstoffatome, $\mathrm{CH_4}$ hat 1 Kohlenstoffatom und 4 Wasserstoffatome. Auch einige Elemente bilden Moleküle: Sauerstoff $\mathrm{O_2}$, Wasserstoff $\mathrm{H_2}$, Stickstoff $\mathrm{N_2}$ und Chlor $\mathrm{Cl_2}$ haben je 2 Atome im Molekül.

Nicht alle Stoffe bestehen aus Molekülen. In Kochsalz oder Magnesiumoxid sitzen sehr viele Teilchen im Kristall. Hier gibt die Verhältnisformel nur das Zahlenverhältnis der Elemente an: $\mathrm{NaCl}$ heißt, auf ein Natrium kommt ein Chlor. Metalle wie Eisen schreibt man nur mit dem Symbol, zum Beispiel $\mathrm{Fe}$.

Eine Zahl vor der Formel, der Faktor, gibt die Zahl der Teilchen an. $3\,\mathrm{H_2O}$ sind 3 Wassermoleküle.

Der Franzose Antoine Lavoisier wog um 1780 Stoffe vor und nach Reaktionen. Sein Ergebnis: In einem geschlossenen Gefäß ist die Gesamtmasse nach der Reaktion genauso groß wie davor. Das ist das Gesetz von der Erhaltung der Masse: Die Masse der Edukte ist gleich der Masse der Produkte.

Dalton erklärt das so: Die Atome bleiben erhalten, sie ordnen sich nur anders an.

Im offenen Gefäß sieht es anders aus. Eisenwolle nimmt beim Verbrennen Sauerstoff aus der Luft auf und wird schwerer. Eine Kerze gibt Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf an die Luft ab und wird leichter. Wägst du die Gase mit, stimmt die Masse wieder.

In einer Verbindung stehen die Elemente immer im gleichen Massenverhältnis, egal wie viel du davon herstellst. Das ist das Gesetz der konstanten Massenverhältnisse.

Bei Dalton ist das klar: Jedes Atom eines Elements hat dieselbe Masse, und die Atome verbinden sich in festen Zahlenverhältnissen. Dann muss auch das Massenverhältnis immer gleich sein.

Eine Reaktionsgleichung schreibt die Wortgleichung mit Formeln. Dalton sagt: Atome gehen nicht verloren. Auf beiden Seiten des Pfeils müssen daher von jedem Element gleich viele Atome stehen.

So gehst du vor:

• Schreibe die Wortgleichung und ersetze die Namen durch Formeln.
• Zähle auf jeder Seite die Atome jedes Elements.
• Gleiche mit Faktoren vor den Formeln aus. Ändere nie die tiefgestellten Zahlen, denn dann wäre es ein anderer Stoff.
• Zähle zur Kontrolle noch einmal.

Beispiel Wasser: Wasserstoff + Sauerstoff → Wasser wird zu $\mathrm{H_2} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{H_2O}$. Links stehen 2 H und 2 O, rechts 2 H und 1 O. Ein Sauerstoffatom fehlt rechts. Mit dem Faktor 2 vor $\mathrm{H_2O}$ sind es rechts 4 H und 2 O. Jetzt fehlen links 2 H, also Faktor 2 vor $\mathrm{H_2}$. Das Ergebnis: