Energieänderungen bei chemischen Reaktionen — Chemie, 14–17 Jahre
Chemische Reaktionen können Energie an die Umgebung abgeben oder Energie aus ihr aufnehmen.
Reaktionen übertragen Energie
Das Aufbrechen und Bilden chemischer Bindungen benötigt Energie. Bei einer Reaktion kann die Energie zum Aufbrechen alter Bindungen größer oder kleiner sein als die Energie, die bei neuen Bindungen frei wird. Wird die Umgebung wärmer, ist die Reaktion exotherm; wird sie kälter, ist sie endotherm. Energie wurde übertragen, auch wenn sich die Stoffe verändert haben.
Warum die Energieänderung messen?
Chemiker müssen wissen, ob ein Vorgang einen Raum erwärmt, eine Packung kühlt oder Energiezufuhr benötigt. Die Aussage, dass eine Reaktion stattfindet, beantwortet diese praktischen Fragen nicht. Eine gemessene Temperaturänderung zeigt Richtung und Größe der Energieübertragung, sodass man die Reaktion auswählen und steuern kann.
Übertragene Energie an Wasser berechnen
Eine Reaktion erwärmt 100 g Wasser von 20 °C auf 25 °C. Der Temperaturanstieg beträgt 5 °C. Mit q = mcΔT und der spezifischen Wärmekapazität von Wasser, 4,18 J/(g °C), ergibt sich q = 100 × 4,18 × 5 = 2.090 J. Das Wasser nahm 2.090 J auf; ohne Wärmeverluste gab die Reaktion mindestens diese Energiemenge ab.
Temperatur ist nicht Gesamtenergie
Ein häufiger Fehler ist die Aussage, dass die heißere Probe mehr Gesamtenergie enthält. Die Temperatur misst die durchschnittliche Energie der Teilchen, nicht die Gesamtmenge. Ein großes warmes Bad kann mehr Energie enthalten als eine kleine Tasse kochendes Wasser, weil es viel mehr Materie besitzt. Deshalb steht die Masse in q = mcΔT.
Energieänderungen in der Alltagstechnik
Brennstoffe geben chemische Energie ab, um Fahrzeuge anzutreiben und Strom zu erzeugen. Sofort-Kühlpacks nutzen einen Vorgang, der Wärme aufnimmt, während Handwärmer Wärme abgeben. Ingenieure vergleichen solche Energieänderungen beim Entwerfen von Batterien, Heizungen und Industrieprozessen. Die Idee gilt nur, wenn der chemische Vorgang tatsächlich für die Übertragung verantwortlich ist.
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