Energetische Veränderungen
Inhalt
Reaktionsenergie
Aktivierungsenergie
Ein Gemisch aus Wasserstoffgas und Sauerstoffgas im Verhältnis 2:1 wird Knallgas genannt. Es reagiert, wenn es gezündet wird, mit einem lauten Knall zu Wasser entsprechend der Reaktionsgleichung: 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
Zum Zünden von chemischen Reaktionen ist Aktivierungsenergie notwendig. Die beteiligten Teilchen müssen durch Energiezufuhr zuerst in einen aktivierten, reaktionsbereiten Zustand gebracht werden. Sie können erst reagieren, wenn die bestehenden Bindungen aufgebrochen werden und so für eine Neukombination bereitstehen.
Knallerbsen
Du benötigst zwei Knallerbsen. Knallerbsen bestehen aus Sandkörnchen, an deren Oberfläche kleine Mengen an explosivem Silberfulminat anhaften. Damit das Silberfulminat explodiert, muss dem Stoff Aktivierungsenergie hinzugefügt werden. Füge die Aktivierungsenergie durch einen Schlag mit einem harten Gegenstand oder durch Erhitzen auf einem Löffel hinzu, bis die Knallerbse explodiert.
Exotherme und endotherme Reaktionen
Haben die Edukte genügend viel Aktivierungsenergie erhalten, so kommt es zur Reaktion. Diese ist dann nochmals mit einer Energieänderung verbunden. Diese sogenannte Reaktionsenergie gibt an, ob bei einer chemischen Reaktion Energie abgegeben oder aufgenommen wird.
Haben die Endstoffe geringere Energie als die Ausgangsstoffe, so nennt man dies eine exotherme Reaktion. Die frei werdende Energie wird an die Umgebung abgegeben.
Haben die Endstoffe mehr Energie als die Ausgangsstoffe, so nennt man dies eine endotherme Reaktion. Die aufgenommene Energie wird in den Bindungen der Endstoffe gespeichert.
Endotherm oder exotherm
Für das Experiment benötigst du destilliertes Wasser mit Raumtemperatur, fünf Reagenzgläser, Natriumhydroxid, Natriumchlorid, Harnstoff, Soda, Speisesoda, einen Reagenzglasständer, Spatel und ein Thermometer. Fülle alle Reagenzgläser 3 cm hoch mit Wasser und miss die Temperatur. Nach Zusatz und Auflösung eines der angeführten Stoffe wird sofort wieder die Temperatur gemessen. Beschreibe deine Beobachtungen.
Natriumhydroxid und Wasser:
Beobachtung:
Soda und Wasser:
Beobachtung:
Speisesoda und Wasser:
Beobachtung:
Natriumchlorid und Wasser:
Beobachtung:
Harnstoff und Wasser:
Beobachtung:
Energieformen
Chemische Energie
Grundsätzlich gilt, dass Energie weder gebildet noch zerstört werden kann. Da chemische Reaktionen mit Energieänderungen einhergehen, muss man sich fragen, welche Energieform hier in welche andere überführt wird bzw. werden kann.
Basis einer jeder chemischen Reaktion ist die chemische Energie. Das ist die Energie, die in den verschiedenen Reaktionspartnern enthalten ist. Verschiedene Reaktionspartner enthalten verschieden viel chemische Energie. Treibstoffe wie Benzin oder Nahrungsmittel enthalten z. B. sehr viel chemische Energie.
Nahrungsmittel wie Milch liefern dem Menschen alle Grundnährstoffe und damit Energie
Auf den Verpackungen ist angegeben, wie viel Energie in Joule eine bestimmte Menge beinhaltet.
100 ml Milch enthalten durchschnittlich:
Energie 266 kJ / 64 kcal
Fett 3,5 g
Kohlenhydrate 4,6 g
Eiweiß 3,4 g
Umwandlung von chemischer Energie in andere Energieformen
Bei exothermen Reaktionen wird ein Teil der chemischen Energie vor allem in die folgenden Energieformen umgewandelt:
- Wärmeenergie: Die Umgebung erwärmt sich.
- Lichtenergie: Gasbrenner und Glühwürmchen leuchten.
- Elektrische Energie: Batterien liefern elektrischen Strom.
Bei endothermen Reaktionen werden v. a. diese unterschiedlichen Energieformen aufgenommen und als chemische Energie in den Produkten gespeichert.
- Wärmeenergie: Kochen von Speisen (Körper benötigt weniger Energie zum Verdauen)
- Lichtenergie: Sonnenlicht bewirkt die Fotosynthese (Traubenzucker entsteht).
- Elektrische Energie: Elektrischer Strom wird angelegt (Laden eines Akkus).
Schreibe etwas mit einem Radierstift. Die Farbe verschwindet ab +60 °C (und höher) und erscheint wieder ab –12 °C (und tiefer). Gib mehre Möglichkeiten an, um die Reaktionen auszulösen. Nenne immer die Energieform und ob die Reaktion endotherm oder exotherm ist.
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Training
Elektrolyse
Du benötigst zwei 30-ml-Spritzen, zwei Kohleelektroden, die in eine Spritze gebohrt und eingeklebt werden, einen Verbindungsschlauch, Wasser mit ein wenig Natron (NaHCO₃) und ein paar Tropfen Spülmittel. Fülle die Spritze mit den Elektroden vollständig mit Wasser und verschließe sie mit dem Kolben.
Verbinde die beiden Spritzen und befülle auch die zweite Spritze mit Wasser. Gib ein paar Trofen Spülmittel in die offene Spritze und schließe eine Gleichstromquelle an die Elektroden. Wenn sich in der offenen Spritze ein wenig Schaum gebildet hat, kann er entzündet werden.
Notiere deine Beobachtung in Stichworten und gib eine Vermutung ab, was bei diesem Experimet vorgeht.
Beobachtung:
Vermutung:
Schreibe einen kurzen Text über das vorherige Experiment.
Beschreibe im ersten Teil, was in der Spritze bei den Elektroden passiert, und verwende die Begriffe endotherme oder exotherme Reaktion. Im zweiten Teil des Textes beschreibst du die chemische Reaktion des Gases beim Entzünden des Schaums. Verwende auch hier den Begriff endotherm oder exotherm.
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Ordne den chemischen Reaktionen den richtigen Begriff zu.
| endotherm | exotherm | |
|---|---|---|
| Raketentreibstoff verbrennt | ||
| Aufladen eines Akkumulators (Akku) | ||
| Entladen einer Batterie | ||
| Rosten eines Nagels | ||
| Photosynthese | ||
| Explosion von Sprengstoff | ||
| Verdauen von Nahrung | ||
| Zellatmung | ||
| Glühen von Kohle | ||
| Herstellung von Sprengstoff |
Finde eigene Beispiele, bei denen nach der Zufuhr von Aktivierungsenergie eine chemische Reaktion stattfindet.
Ergänze die Tabelle.
| Chemische Reaktionen/Vorgänge | Aktivierungsenergie |
|---|---|
| Zündholz entzünden | Wärme durch Reibung |
| Knallgas explodiert | |
Merke
Energie in chemischen Reaktionen – Zusammenfassung
Chemische Reaktionen finden erst statt, wenn die Edukte genügend viel Aktivierungsenergie erhalten haben. Die stattfindenden Reaktionen können exotherm oder endotherm sein. Chemische Energie wird dabei in andere Energieformen umgewandelt.