Viele chemische Reaktionen setzen Energie in Form von Wärme, Licht oder Schall frei. Diese sind exotherme Reaktionen. Exotherme Reaktionen können spontan auftreten und zu einer höheren Zufälligkeit führen oder Entropie (ΔS> 0) des Systems. Sie werden durch einen negativen Wärmefluss (Wärme geht an die Umgebung verloren) und eine Abnahme der Enthalpie (ΔH <0) gekennzeichnet. Im Labor erzeugen exotherme Reaktionen Wärme oder können sogar explosiv sein.
Es gibt andere chemische Reaktionen, die Energie absorbieren müssen, um fortzufahren. Diese sind endotherme Reaktionen. Endotherme Reaktionen kann nicht spontan auftreten. Es müssen Arbeiten durchgeführt werden, damit diese Reaktionen auftreten. Wenn endotherme Reaktionen Energie absorbieren, wird während der Reaktion ein Temperaturabfall gemessen. Endotherme Reaktionen sind durch einen positiven Wärmefluss (in die Reaktion) und eine Zunahme der Enthalpie (+ ΔH) gekennzeichnet.
Beispiele für endotherme und exotherme Prozesse
Photosynthese ist ein Beispiel für eine endotherme chemische Reaktion. Pflanzen nutzen dabei die Sonnenenergie, um Kohlendioxid und Wasser in Glukose und Sauerstoff umzuwandeln. Diese Reaktion erfordert 15 MJ Energie (Sonnenlicht) für jedes Kilogramm Glukose, das produziert wird:
Sonnenlicht + 6CO2(g) + H.2O (l) = C.6H.12Ö6(aq) + 6O2(G)
Andere Beispiele für endotherme Prozesse umfassen:
- Ammoniumchlorid in Wasser lösen
- Alkane knacken
- Nukleosynthese von Elementen, die in Sternen schwerer als Nickel sind
- Verdunstendes flüssiges Wasser
- Schmelzendes Eis
Ein Beispiel für eine exotherme Reaktion ist das Gemisch aus Natrium und Chlor, um Tafelsalz zu ergeben. Diese Reaktion erzeugt 411 kJ Energie für jedes Mol Salz, das erzeugt wird:
Na (s) + 0,5 Cl2(s) = NaCl (s)
Andere Beispiele für exotherme Prozesse umfassen:
- Das Thermitreaktion
- Eine Neutralisationsreaktion (z. B. Mischen einer Säure und einer Base, um ein Salz und Wasser zu bilden)
- Die meisten Polymerisationsreaktionen
- Verbrennung eines Kraftstoffs
- Atmung
- Kernspaltung
- Korrosion von Metall (eine Oxidationsreaktion)
- Eine Säure in Wasser lösen
Demonstrationen, die Sie durchführen können
Viele exotherme und endotherme Reaktionen beinhalten giftige Chemikalien, extreme Hitze oder Kälte oder unordentliche Entsorgungsmethoden. Ein Beispiel für eine schnelle exotherme Reaktion ist das Auflösen von Waschmittelpulver in Ihrer Hand mit etwas Wasser. Ein Beispiel für eine einfache endotherme Reaktion ist das Auflösen von Kaliumchlorid (als Salzersatz erhältlich) in Ihrer Hand mit Wasser.
Diese endothermen und exothermen Demonstrationen sind sicher und einfach:
- Spannende exotherme Reaktionen zum Ausprobieren: Erhitzen Sie die Dinge mit einer dieser einfachen Demonstrationen exothermer Reaktionen.
- Erstellen Sie eine endotherme Reaktion: Einige endotherme Reaktionen werden kalt genug, um Erfrierungen zu verursachen. Hier ist ein Beispiel für eine Reaktion, die sicher genug ist, dass Kinder sie berühren können.
- So erstellen Sie eine exotherme chemische Reaktion: Einige exotherme Reaktionen erzeugen Flammen und werden extrem heiß (wie die Thermitreaktion). Hier ist eine sichere exotherme Reaktion, die Wärme erzeugt, aber keine Brände auslöst oder Verbrennungen verursacht.
- Machen Sie heißes Eis aus Essig und Backpulver: Natriumacetat oder "heißes Eis" kann entweder als endotherme oder exotherme Reaktion verwendet werden, je nachdem, ob Sie den Feststoff kristallisieren oder schmelzen.
Endothermer vs exothermer Vergleich
Hier ist eine kurze Zusammenfassung der Unterschiede zwischen endothermen und exothermen Reaktionen:
| Endothermisch | Exotherm |
| Wärme wird absorbiert (fühlt sich kalt an) | Wärme wird freigesetzt (fühlt sich warm an) |
| Energie muss hinzugefügt werden, damit eine Reaktion stattfinden kann | Die Reaktion erfolgt spontan |
| Störung nimmt ab (ΔS <0) | Entropie nimmt zu (ΔS> 0) |
| Zunahme der Enthalpie (+ ΔH) | Abnahme der Enthalpie (-ΔH) |
Endergonische und exergonische Reaktionen
Endotherme und exotherme Reaktionen beziehen sich auf die Absorption oder Freisetzung von Wärme. Es gibt andere Arten von Energie, die durch eine chemische Reaktion erzeugt oder absorbiert werden können. Beispiele sind Licht und Ton. Im Allgemeinen können energiereiche Reaktionen als klassifiziert werden endergonisch oder exergonischEine endotherme Reaktion ist ein Beispiel für eine endergonische Reaktion. Eine exotherme Reaktion ist ein Beispiel für eine exergonische Reaktion.
Schlüsselfaktoren
- Endotherme und exotherme Reaktionen sind chemische Reaktionen, die Wärme absorbieren bzw. abgeben.
- Ein gutes Beispiel für eine endotherme Reaktion ist die Photosynthese. Die Verbrennung ist ein Beispiel für eine exotherme Reaktion.
- Die Einstufung einer Reaktion als endo- oder exotherm hängt von der Nettowärmeübertragung ab. Bei jeder Reaktion wird Wärme sowohl absorbiert als auch freigesetzt. Zum Beispiel muss Energie in eine Verbrennungsreaktion eingegeben werden, um sie zu starten (ein Feuer mit einem Streichholz anzünden), aber dann wird mehr Wärme freigesetzt, als erforderlich war.
Ressourcen und weiterführende Literatur
- Qian, Y.‐Z., et al. „Verschiedene Supernova-Quellen für die r-Prozess." Das astrophysikalische Journalvol. 494, no. 1, 10 Feb. 1998, pp. 285-296, doi: 10.1086 / 305198.
- Yin, Xi et al. "Selbsterhitzender Ansatz zur schnellen Herstellung einheitlicher Metallnanostrukturen." Chemie der Nanomaterialien für Energie, Biologie und mehrvol. 2, nein. 1, 26. August 2015, pp. 37-41, doi: 10.1002 / cnma.201500123.