Chemie · Klasse 8–9 · aktualisiert
Aktivierungsenergie: Energiebarrieren verstehen
Du liest die Startbarriere im Energiediagramm ab und erklärst Temperatur und Katalysator.
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Kurz gesagt
Die Aktivierungsenergie ist die Energiebarriere zwischen den Edukten und dem höchsten Punkt des Reaktionswegs. Sie sagt etwas über den Start der Reaktion, nicht über ihre gesamte Energiebilanz. Wärme hilft mehr Teilchen über die Barriere; ein Katalysator bietet einen niedrigeren Weg.
Die Aktivierungsenergie ist die Energiebarriere, die Reaktionspartner auf dem Weg zu den Produkten überwinden müssen. Auch eine Reaktion, die insgesamt Energie freisetzt, kann deshalb zuerst einen Anstoß brauchen. Auf dieser Seite lernst du, die Barriere im Energiediagramm zu erkennen, den Temperatureinfluss zu erklären und die Wirkung eines Katalysators richtig einzuordnen.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
3 Abschnitte
Bei einer chemischen Reaktion werden Atome neu angeordnet: Alte Bindungen werden gelöst und neue Bindungen entstehen. Auf diesem Weg muss das Teilchensystem zunächst einen energiereichen Zustand erreichen. Der höchste Punkt heißt Übergangszustand. Er besteht nur sehr kurz. Ist er erreicht, kann das System zu den Produkten weiterreagieren. Beim Anzünden von Holzkohle liefert die Flamme zunächst Wärme. Ist die Verbrennung in Gang gekommen, setzt sie selbst Energie frei. Das zeigt: „setzt Energie frei“ und „braucht keine Aktivierung“ bedeuten nicht dasselbe.
Definition
Aktivierungsenergie
Die Aktivierungsenergie ist die Energiebarriere zwischen den Edukten und dem höchsten Punkt des betrachteten Reaktionswegs. Edukte sind die Ausgangsstoffe einer Reaktion.
Merke: Eine energetisch mögliche Reaktion muss nicht sofort sichtbar ablaufen. Eine hohe Energiebarriere kann sie stark verzögern.
Teste dich
Ein Energiediagramm zeigt waagerecht den Reaktionsverlauf und senkrecht die Energie. Links liegen die Edukte, rechts die Produkte. Dazwischen steigt die Kurve zu einem Gipfel.
Die Aktivierungsenergie liest du als senkrechten Abstand vom Eduktniveau bis zum Gipfel ab.
Liegen die Produkte tiefer als die Edukte, ist die Reaktion exotherm. Liegen sie höher, ist sie endotherm. Diese Einordnung beschreibt den Abstand zwischen Anfang und Ende, nicht die Höhe des Gipfels.
Beispiel
- 1Stell dir ein Diagramm vor, in dem die Edukte auf einem mittleren Energieniveau starten. Die Kurve steigt zu einem Hochpunkt und endet bei Produkten, die tiefer liegen.
- 2Vom Eduktniveau bis zum Hochpunkt liest du die Aktivierungsenergie ab.
- 3Der Hochpunkt steht für den Übergangszustand.
- 4Weil die Produkte tiefer als die Edukte liegen, wird insgesamt Energie frei: Die Reaktion ist exotherm.
- 5Der entscheidende Gedanke: Die Höhe der Barriere und der Energieunterschied zwischen Edukten und Produkten sind zwei verschiedene Größen.
Teste dich
Teilchen reagieren nicht bei jedem Zusammenstoß. Nach dem Stoßmodell müssen sie genügend Energie besitzen und passend aufeinandertreffen. Bei höherer Temperatur ist der Anteil der Teilchen größer, die die Energiebarriere überwinden können. Dabei wird die Aktivierungsenergie durch das Erwärmen nicht kleiner. Stattdessen besitzen mehr Teilchen ausreichend Energie. Deshalb steigt bei vielen Reaktionen die Geschwindigkeit: In derselben Zeit wird mehr Stoff umgesetzt. Diese Größe heißt Reaktionsgeschwindigkeit.
Die Aktivierungsenergie allein legt das Tempo nicht fest. Auch Häufigkeit und Orientierung der Teilchenstöße zählen. Ein kleinerer Gipfel bedeutet nur dann eine schnellere Reaktion, wenn die übrigen Bedingungen gleich sind. Ein Katalysator eröffnet einen anderen Weg mit niedrigerer Barriere. Bei gleichen Bedingungen können dann mehr Teilchen erfolgreich reagieren.
Trenne die Größen: Aktivierungsenergie reicht vom Eduktniveau zum Gipfel. Reaktionsenergie ist der Unterschied zwischen Edukten und Produkten. Reaktionsgeschwindigkeit beschreibt den Stoffumsatz pro Zeit. Katalyse bietet einen anderen Weg mit kleinerer Barriere.
Beispiel
- 1Vergleiche zwei Energiekurven mit denselben Start- und Endniveaus. Die Kurve ohne Katalysator besitzt einen hohen Gipfel. Die Kurve mit Katalysator besitzt einen niedrigeren Gipfel.
- 2Der niedrigere Gipfel zeigt die kleinere Aktivierungsenergie.
- 3Gleiche Start- und Endniveaus zeigen, dass die Energiebilanz der Reaktion unverändert bleibt.
- 4Der Katalysator wird bei der Gesamtreaktion nicht dauerhaft verbraucht.
- 5In biologischen Systemen übernehmen Enzyme die Rolle von Katalysatoren.
Merke: Ein Katalysator verändert den Weg, nicht Start und Ziel der Reaktion.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Aktivierungsenergie
Startbarriere
Abstand vom Eduktniveau zum Gipfel
Übergangszustand
kurzlebiger Zustand am Gipfel
Reaktionsenergie
Unterschied zwischen Edukten und Produkten
Temperatur
mehr Teilchen können die Barriere überwinden
Katalysator
anderer Weg mit kleinerer Barriere
Tempo
hängt auch von Stößen und Bedingungen ab
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Zwei Höhen im Energiediagramm unterscheiden
- 1Das Diagramm zeigt Ausgangsstoffe links, einen hohen Gipfel in der Mitte und tiefer liegende Produkte rechts.
- 2Vom Ausgangsniveau bis zum Gipfel liest du die Aktivierungsenergie ab.
- 3Vom Ausgangsniveau bis zum Produktniveau liest du die Reaktionsenergie ab.
- 4Der hohe Gipfel zeigt eine Startbarriere; die tiefer liegenden Produkte zeigen eine exotherme Gesamtreaktion.
Fehler finden
Den Gipfel richtig zuordnen In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Die dritte Zeile ist falsch: Aktivierungsenergie ist der Abstand vom Eduktniveau zum Gipfel. Der Abstand zu den Produkten beschreibt die Energiebilanz.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Im Energiediagramm liegt der am Hochpunkt. Der Abstand vom Eduktniveau bis dorthin ist die . Ein Katalysator macht diese Barriere , während die Energiebilanz der Gesamtreaktion gleich bleibt.
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback