Erhaltungsgrößen


Bei Reaktionen dürfen bestimmte Größen in ihrem Wert nicht verändert werden. Man nennt sie Erhaltungsgrößen.

Man unterscheidet zwischen physikalischen und chemischen Erhaltungsgrößen.

Erhaltungsgrößen in der Chemie:

Bei chemischen Reaktionen müssen in Edukt und Produkt die Energie, die elektrische Ladung und die Anzahl der Atome übereinstimmen. Hier ist ein Beispiel von Erhaltungsgrößen in der Chemie.

(Es ist wichtig, das Prinzip der Erhaltungsgrößen zu verstehen, um richtige Reaktionsgleichungen aufstellen zu können.)

Eine mögliche Reaktionsgleichung wäre:
NaCl + H2O Na+ + Cl - + H2O

Bei dieser Reaktion wird das in Wasser aufgelöste Natriumchlorid (NaCl + H2O) in seine Bestandteile Natrium, Chlor und Wasser (Na + Cl + H2O) zerlegt. In der Verbindung ist das Natriumchlorid ungeladen. Als einzelnes Bestandteil ist Natirum positiv und Chlor negativ geladen. Das positive Natrium-Atom und negative Chlor-Atom gleichen ihre Ladungen aus, die Ladung im Produkt ist also neutral. Bei dieser Reaktionsgleichung ist die Anzahl der Atome ausgeglichen, die Anzahl der Atome blieb gleich.

Also machen wir uns die Erhaltungsgrößen unbewusst beim Ausgleichen von Reaktionsgeichungen im Chemieunterricht zu Nutze! :-)




Erhaltungsgrößen in der Physik:
Bei physikalischen Reaktionen gibt es eine Besonderheit: Das Erhaltungsgesetz gilt nicht immer bei der Anzahl der Atome, denn manche Erhaltungsgesetze gelten nur unter bestimmten Bedingungen.

Bei der Kernreaktion:

136CK + p → 147NK (K = Atomkern)

Bei dieser Reaktion wird dem Kohlenstoffatomkern ein Proton hinzugefügt.

Die Anzahl der Atome bleibt bei dieser Kernreaktion nicht erhalten, da durch das Hinzufügen eines Protons eine neue Anzahl von Protonen im Kern entsteht und somit auch ein neues Element (Anzahl der Protonen im Kern= Unterscheidungskriterium der verschiedenen Elemente). Und da ein Proton ein u wiegt, erhöht sich auch die Massenzahl um 1 von 13u auf 14u.

Bei dieser Art von Reaktion gibt es noch weitere, uns unbekannte, Größen: zwei Ladungen. Die baryonische und leptonische Ladung. Diese Ladungen können weder erzeugt noch vernichtet werden. Es gibt für jeden Kern und jedes Teilchen einen bestimmten Wert der baryonischen und leptonischen Ladung.

Baryonen. Das Wort kommt vom griechischen Wort barys (schwer) und steht im Gegensatz zu den "leichteren" Leptonen. Baryonen sind Elementarteilchen. Zur Klasse der Baryonen gehören unter anderem das Proton und Neutron und eine Reihe weiterer schwerer Teilchen.

Diese beiden Ladungen sind Beispiele für Erhaltungsgrößen der Physik, da ihre Ladung auf Seiten des Edukts und Produkts gleich bleibt.

Ab hier wird es ein bisschen schwieriger. Wichtig aber ist, dass Impuls und Energie als Erhaltungsgrößen in der Physik bekannt sind.

Weitere Beispiele für Erhaltungsgrößen:


Erhaltungsgrößen der Bewegung:
Neben der Erhaltung von Ladung und gelegentlich der Anzahl der Atome gibt es in den sich bewegenden Mechanismen einige Größen, die sich nicht verändern. Ein Beispiel hierfür ist der Impuls und wie oben bereits genannt die Energie.

→ Impuls ist mit einer räumlichen Symmetrie vebunden. Der Impuls ist immer erhalten, wenn ein Ablauf bezüglich einer Verschiebung im Raum symmetrisch (ausgeglichen; gleichmäßig) ist.
→ Drehimpuls ist mit einer räumlichen Symmetrie verbunden. Er ist immer erhalten, wenn ein Ablauf bezüglich einer Drehung im Raum symmetrisch ist.

Erhaltungsgrößen und Symmetrie:
Erhaltungsgrößen hängen immer mit Symmetrien zusammen. Auf einen physikalischen Vorgang bezogen bedeutet Symmetrie, dass der Vorgang von einer bestimmten Änderung der aüßeren Verhältnisse abhängig ist.