Energiediagramm und Aktivierungsenergie
Beim Zelten in der Eifel legst du Holz im Lagerfeuer übereinander. Das Holz liegt stundenlang an der Luft und brennt nicht. Erst mit einem brennenden Streichholz fängt es Feuer, und dann gibt es Wärme und Licht ab. Warum brennt Holz nicht von selbst, obwohl bei der Verbrennung so viel Energie frei wird? Das klärst du in diesem Abschnitt.
Exotherm und endotherm
Bei jeder chemischen Reaktion wird auch Energie umgesetzt. Dabei gibt es zwei Möglichkeiten:
Beispiele: Beim Verbrennen von Holz, Kerzenwachs oder Erdgas wird es heiß, das sind exotherme Reaktionen. Ein Kühlpack aus dem Sportunterricht wird beim Knicken kalt, hier läuft ein endothermer Vorgang ab. Auch das Brennen von Kalkstein zu gebranntem Kalk ist endotherm: Es läuft nur ab, solange man Energie zuführt.
Dahinter steckt die chemische Energie: Jeder Stoff hat einen bestimmten Energieinhalt. Sind die Produkte energieärmer als die Edukte, wird der Unterschied frei. Sind sie energiereicher, muss man den Unterschied zuführen.
Wortgleichung mit Energie: Kohlenstoff + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid (+ Energie)
Erkläre mit eigenen Worten den Unterschied zwischen einer exothermen und einer endothermen Reaktion. Nenne je ein Beispiel.
Erkläre mit eigenen Worten den Unterschied zwischen einer exothermen und einer endothermen Reaktion. Nenne je ein Beispiel.
Das Energiediagramm
Den Energieverlauf einer Reaktion zeichnet man in einem Energiediagramm. Auf der y-Achse steht die Energie, auf der x-Achse der Reaktionsverlauf (von den Edukten zu den Produkten).
So liest du das Diagramm:
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Edukte liegen links auf ihrem Energieniveau, Produkte rechts.
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Liegen die Produkte tiefer als die Edukte: exotherm. Der Höhenunterschied ist die frei werdende Energie.
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Liegen die Produkte höher: endotherm. Der Höhenunterschied muss zugeführt werden.
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Der „Berg“ dazwischen ist die Aktivierungsenergie.
In einem Energiediagramm liegen die Produkte energetisch tiefer als die Edukte. Handelt es sich um eine exotherme oder endotherme Reaktion? Begründe.
In einem Energiediagramm liegen die Produkte energetisch tiefer als die Edukte. Handelt es sich um eine exotherme oder endotherme Reaktion? Begründe.
Beschreibe ein Energiediagramm für die Verbrennung von Holz: Nenne, was auf den Achsen steht, wo die Edukte und Produkte liegen und wo die Aktivierungsenergie…
Beschreibe ein Energiediagramm für die Verbrennung von Holz: Nenne, was auf den Achsen steht, wo die Edukte und Produkte liegen und wo die Aktivierungsenergie eingezeichnet wird.
Edukte haben die Energie 50 kJ, der energiereichste Zustand liegt bei 120 kJ, die Produkte bei 20 kJ. a) Bestimme die Aktivierungsenergie. b) Bestimme die frei werdende…
Edukte haben die Energie 50 kJ, der energiereichste Zustand liegt bei 120 kJ, die Produkte bei 20 kJ.
- a) Bestimme die Aktivierungsenergie.
- b) Bestimme die frei werdende Energie.
- c) Ist die Reaktion exotherm oder endotherm?
Aktivierungsenergie: der Anschub
Die Aktivierungsenergie ist die Energie, die man zuführen muss, damit eine Reaktion überhaupt startet. Beim Streichholz liefert das Reiben diese Energie. Beim Lagerfeuer ist es die Flamme des Streichholzes: Sie erhitzt das Holz auf die Entzündungstemperatur.
Ist die Reaktion einmal in Gang, liefert sie selbst genug Wärme, um die Nachbarteilchen zu aktivieren. Deshalb brennt das Feuer von allein weiter. Das Bild dazu: Ein Ball liegt in einer Mulde vor einem Hügel. Erst wenn du ihn über den Hügel schiebst, rollt er von allein hinunter.
Die Aktivierungsenergie erklärt auch, warum Holz an der Luft nicht von selbst brennt: Bei Zimmertemperatur reicht die Energie nicht über den „Berg“. Das ist übrigens gut so, sonst würde jeder Wald von allein brennen.
Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie. Der „Berg“ wird niedriger, die Reaktion läuft schneller ab. Die frei werdende Energie bleibt gleich, denn Edukte und Produkte liegen auf demselben Niveau.
Ein Streichholz entzündet sich nicht von selbst, sondern erst durch Reiben. Wie nennt man die Energie, die zum Starten einer Reaktion nötig ist?
Ein Streichholz entzündet sich nicht von selbst, sondern erst durch Reiben. Wie nennt man die Energie, die zum Starten einer Reaktion nötig ist?
Erkläre mit Hilfe der Aktivierungsenergie, warum ein Holzstapel an der Luft nicht von selbst anbrennt, obwohl die Verbrennung exotherm ist und Energie freisetzt.
Erkläre mit Hilfe der Aktivierungsenergie, warum ein Holzstapel an der Luft nicht von selbst anbrennt, obwohl die Verbrennung exotherm ist und Energie freisetzt.
Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 90 kJ auf 60 kJ. Die Reaktion setzt insgesamt 40 kJ frei. a) Wie ändert sich die frei werdende Energie?…
Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 90 kJ auf 60 kJ. Die Reaktion setzt insgesamt 40 kJ frei.
- a) Wie ändert sich die frei werdende Energie?
- b) Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit? Begründe.
- c) Beschreibe, wie sich das Energiediagramm ändert.
Reaktionen vergleichen
Mit dem Diagramm kannst du zwei Reaktionen vergleichen. Je niedriger der „Berg“, desto leichter kommt die Reaktion in Gang. Je tiefer die Produkte liegen, desto mehr Energie wird frei.
Beim Kühlpack läuft ein endothermer Vorgang ab. Die Produkte liegen höher als die Edukte, die Energie kommt aus der Umgebung, die kalt wird.
Ein Kühlpack im Sportunterricht wird kalt, wenn man es knickt. Ordne den Vorgang ein (exotherm oder endotherm) und skizziere das zugehörige Energiediagramm in Worten.
Ein Kühlpack im Sportunterricht wird kalt, wenn man es knickt. Ordne den Vorgang ein (exotherm oder endotherm) und skizziere das zugehörige Energiediagramm in Worten.
Zwei Diagramme zeigen eine Reaktion A (Produkte 30 kJ unter Edukten, Aktivierungsenergie 20 kJ) und eine Reaktion B (Produkte 30 kJ über Edukten, Aktivierungsenergie 70…
Zwei Diagramme zeigen eine Reaktion A (Produkte 30 kJ unter Edukten, Aktivierungsenergie 20 kJ) und eine Reaktion B (Produkte 30 kJ über Edukten, Aktivierungsenergie 70 kJ).
- a) Ordne beide Reaktionen ein.
- b) Bestimme für B die Energie, die insgesamt (netto) aufgenommen wird.
- c) Begründe, welche Reaktion leichter in Gang kommt.
Zurück zum Anfang: Das Holz im Lagerfeuer brennt erst, wenn das Streichholz die Aktivierungsenergie liefert. Danach gibt die exotherme Reaktion so viel Wärme ab, dass sie von allein weiterläuft.