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Energiebeteiligung

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Energiebeteiligung bei chemischen Reaktionen

In der Chemie unterscheidet man zwischen exothermen und endothermen Reaktionen.

  • Bei einer exothermen Reaktion wird Energie frei, sie läuft freiwillig ab.
  • Bei einer endothermen Reaktion wird Energie zugeführt, sie läuft nicht freiwillig ab.

Energieformen:

Die Energie, die zugeführt wird oder frei wird, kann sehr unterschiedlich sein. Oft handelt es sich dabei um Wärmeenergie, es kann sich aber auch um elektrische Energie, Lichtenergie, etc. handeln. Beim Verbrennen eines Stückchens Holz wird beispielsweise Wärmeenergie und Lichtenergie frei.

Woher kommt diese Energie bzw. wohin geht die Energie?

Jeder Stoff hat eine gewisse Menge innere Energie. Während der Reaktion kann sich die innere Energie von den Edukten zu den Produkten insgesamt verringern oder erhöhen.

Darstellung der Änderung der inneren Energie bei einer exothermen Reaktion. Die innere Energie der Produkte ist geringer als die der Edukte. Die Differenz wird frei, z.B. als Wärmeenergie.

Darstellung der inneren Energie der Edukte Darstellung der inneren Energie der Produkte Differenz der beiden inneren Energien wird frei

Andersherum kann natürlich auch bei einer endothermen Reaktion die innere Energie von den Edukten zu den Produkten zunehmen, man muss dann die Differenz an Energie aufwenden, also z.B. Zufuhr von Wärmeenergie über einen Gasbrenner.

Darstellung der Änderung der inneren Energie in Energiediagrammen

Spiritus, den man anzündet, brennt von allein weiter und gibt dabei deutlich Energie ab. Es handelt sich also um eine exotherme Reaktion bei der die Produkte CO2 und H2O entstehen. Die innere Energie vom Edukt zu den Produkten nimmt also ab. Man trägt die Änderung oft in sogenannten Energiediagrammen auf.

  • X-Achse: Zeitlicher Verlauf der Reaktion (t)
  • Y-Achse: Innere Energie (Ei)

Exotherme Reaktion

exotherm1

Die innere Energie des Edukts Spiritus ist höher als die der Produkte CO2 und H2O. Wenn die Reaktion also freiwillig abläuft, warum reagiert dann nicht jeder Spiritus sofort zu CO2 und H2O, sondern muss erst mit einem Feuerzeug entzündet werden?

Die Lösung liegt in der sogenannten Aktivierungsenergie EA, man muss also zunächst dem Edukt Spiritus etwas Energie (Wärme des Feuerzeugs) zuführen, damit dieses dann anfangen kann zu reagieren. Das Zufügen der Aktivierungsenergie wird im Energiediagramm auch eingezeichnet. Siehe nächste Zeichnung.

exotherm1

Verändert nach Bildquelle von Sundance Raphael unter public domain

Durch Zufuhr von Energie erhöht sich die innere Energie des Spiritus zunächst. Sobald eine gewisse Schwelle erreicht ist, beginnt die Reaktion zu den Produkten CO2 und H2O. Erst jetzt wird Energie frei. Dabei wird einmal die aufgewendete Aktivierungsenergie EA wieder frei und zusätzlich noch die Reaktionsenergie ΔEi. ΔEist die Differenz zwischen der inneren Energie der Edukte und der Produkte.

Übrigens: Die Aktivierungsenergie ist nicht immer gleich groß. Manche Edukte benötigen sehr viel Energiezufuhr bis sie anfangen zu reagieren, andere Edukte weniger Energie.

 Endotherme Reaktion

Auch für endotherme Reaktionen kann ein Energiediagramm erstellt werden. Eine endotherme Reaktion wäre z.B. die Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser.

endotherm1

Verändert nach Bildquelle von Sundance Raphael unter public domain

Auch hier müssen die inneren Energien der Edukte und Produkte aufgetragen werden und auch hier gibt es eine Aktivierungsenergie. Im Gegensatz zur exothermen Reaktion haben hier die Edukte eine niedrigere innere Energie als die Produkte.

Ein Teil der Aktivierungsenergie wird wieder frei, der größte Teil der aufgewendeten Energie (nämlich Energie ΔEi) wird allerdings als innere Energie in den Produkten "gespeichert".

Endotherme Reaktionen stoppen, wenn man ihnen keine Energie mehr zuführt.